JP4995617B2 - Thermal conductivity sensor and thermal conductivity measurement device using the same - Google Patents

Thermal conductivity sensor and thermal conductivity measurement device using the same Download PDF

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Description

本発明は、熱伝導型のセンサに関し、気圧、真空度、流速、濃度などの物理量を計測できる熱伝導型センサと、この熱伝導型のセンサを用いて、これらの被測定物理量を計測するための熱伝導型計測装置に関するものである。   The present invention relates to a heat conduction type sensor, and a heat conduction type sensor capable of measuring physical quantities such as atmospheric pressure, vacuum degree, flow rate, concentration, and the like, and to measure these physical quantities to be measured using the heat conduction type sensor. The present invention relates to a heat conduction type measuring device.

従来、本出願人が発明した宙に浮いた薄膜を二分割し、更に互いに熱抵抗を持つように構成してあり、一方の薄膜１０Ａにヒータと温度センサ２０Ａとを形成し、他方の薄膜１０Ｂに温度センサ２０Ｂを形成して、周囲媒体である気体への熱伝導による温度変化を利用して気体の流れや真空度などを計測する熱伝導型のセンサがあった（特許文献１参照）。この熱伝導型センサ（特開2004-286492）を薄膜ピラニ型真空計に応用した場合、周囲の気体への熱伝導による温度変化を計測する薄膜２０Ｂ側も、この薄膜２０Ｂを支持するための梁が基板１との間に存在しても構わないものと考えていた。しかし、実際には、この梁を通して薄膜２０Ｂから基板１への熱伝導が存在するために、高真空のために周囲の気体がなくなっても、周囲の気体への熱伝導による温度変化を計測する薄膜２０Ｂの温度は、ヒータがある薄膜２０Ａと基板１との中間の不安定な温度になってしまうという問題および周囲温度が変化すると基板温度も変化するので、梁を通して薄膜２０Ｂの温度も真空度に拘らず変化してしまうと言う問題に直面した。   Conventionally, the thin film suspended in the air invented by the present applicant is divided into two parts and further has a thermal resistance, and a heater and a temperature sensor 20A are formed on one thin film 10A, and the other thin film 10B. In addition, there is a heat conduction type sensor that forms a temperature sensor 20B and measures a gas flow, a degree of vacuum, and the like by using a temperature change due to heat conduction to a gas as a surrounding medium (see Patent Document 1). When this heat conduction type sensor (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-286492) is applied to a thin film Pirani type vacuum gauge, the thin film 20B side for measuring a temperature change due to heat conduction to the surrounding gas is also a beam for supporting the thin film 20B. Was considered to exist between the substrate 1 and the substrate 1. However, in reality, since heat conduction from the thin film 20B to the substrate 1 exists through the beam, even if the surrounding gas disappears due to high vacuum, the temperature change due to the heat conduction to the surrounding gas is measured. Since the temperature of the thin film 20B becomes an unstable temperature between the thin film 20A and the substrate 1 with the heater and the ambient temperature changes, the substrate temperature also changes. I faced the problem of changing regardless of the situation.

また、半導体のプロセスガスの真空度制御には、低真空領域を利用するので、ピラニ真空計が用いられていた。この従来の白金ワイヤを用いたピラニ真空計を白金ワイヤの代わりに薄膜にして、真空中の気体との接触面積が増加させて感度を増加させた薄膜ピラニ型真空センサがあった。しかし、一気圧に近い真空度では、気体分子の平均自由行程がサブミクロンメートル領域となり極めて小さく、加熱された薄膜から熱エネルギーを得て、薄膜表面から飛び去る気体分子による熱の放散を利用する熱伝導型の薄膜ピラニ型真空計においても、真空圧の増加と平均自由行程の減少とが打ち消しあい、この加熱された薄膜からの熱の放散が飽和し、大気圧に近い領域の真空度が計測できないと言う問題に直面していた。 Moreover, a Pirani vacuum gauge has been used for controlling the degree of vacuum of semiconductor process gas because a low vacuum region is used. There is a thin film Pirani type vacuum sensor in which the Pirani vacuum gauge using the conventional platinum wire is made into a thin film instead of the platinum wire, and the contact area with the gas in the vacuum is increased to increase the sensitivity. However, at a vacuum level close to 1 atm, the mean free path of gas molecules is extremely small in the sub-micrometer range, and heat energy is obtained from the heated thin film and the heat dissipation by the gas molecules flying off the thin film surface is used. Also in the heat conduction type thin film Pirani type vacuum gauge, the increase in vacuum pressure and the decrease in mean free path cancel each other, the heat dissipation from this heated thin film is saturated, and the degree of vacuum in the region close to atmospheric pressure is reduced. I was faced with the problem of being unable to measure.

一方、高真空度側では、周囲気体のガス分子密度が極めて小さくなるので、加熱された宙に浮いた薄膜からのガス分子衝突による熱の逃げが少なくなり、宙に浮いた薄膜を支持している梁からの基板などの支持体への熱の逃げが主体になり、この支持体への熱の逃げの不確定さが、高真空度側の測定限界を決定していた。 On the other hand, on the high-vacuum side, the gas molecule density of the surrounding gas is extremely small, so heat escape from gas film collisions from the heated thin film is reduced, supporting the thin film suspended in the air. The heat escape from the beam to the support such as the substrate is mainly, and the uncertainty of the heat escape to the support determines the measurement limit on the high vacuum side.

また、従来、温度差のみ検出できる温度差センサとして、従来のサーモパイルや熱電対のほかに、本出願人が発明した電流検出型熱電対があった（特許文献２参照）。これは、一対の熱電対であるが、内部抵抗を極端に小さくして短絡電流としてのゼーベック電流を検出するようにしたもので、構造が単純であり超小型化できると共に高感度であるからサーモパイルの代わりに使用できるものである。 Conventionally, as a temperature difference sensor capable of detecting only a temperature difference, there is a current detection type thermocouple invented by the present applicant in addition to a conventional thermopile and a thermocouple (see Patent Document 2). This is a pair of thermocouples, but the internal resistance is extremely reduced to detect the Seebeck current as a short-circuit current. The structure is simple, ultra-miniaturized, and highly sensitive. Can be used instead of.

また、従来、熱の方程式からヒータによる温度上昇分ΔTは、定常状態では、ヒータへ供給する電力Pを、周囲への熱伝導を決める熱コンダクタンスGで割算した形で表現されることが知られている。したがって、熱コンダクタンスGが一定ならば、ヒータに電力Pを供給すると、ヒータが形成してある薄膜は、周囲温度よりΔTだけ温度上昇することが分かる。 Conventionally, it is known from the equation of heat that the temperature rise ΔT due to the heater is expressed in a steady state by dividing the power P supplied to the heater by the thermal conductance G that determines the heat conduction to the surroundings. It has been. Therefore, if the thermal conductance G is constant, it can be seen that when the electric power P is supplied to the heater, the thin film formed by the heater rises in temperature by ΔT from the ambient temperature.

一般に、ヒータの抵抗体が、その抵抗温度係数（ＴＣＲ）が金属のように正の場合と半導体のように負の場合がある。ＴＣＲが正のヒータの場合は、温度が上がるとその抵抗が大きくなるので、一定電流を流すとどんどん時間と共に温度上昇する傾向にある。一方、ＴＣＲが負のヒータの場合は、温度が上がるとその抵抗が小さくなるので、一定電圧を印加するとどんどん時間と共に温度上昇する傾向にある。例えば、ダイオードヒータの場合、ＴＣＲが負のヒータであるので、時間と共に温度が上昇する傾向になるが、周囲温度からの温度差が大きくなるので、その分、放熱も多くなり、実際には、ある温度に落ち着くことになる。このように、ＴＣＲが正負のヒータでは、電流や電圧を所定の一定値に保つことにより、ヒータの温度の上昇が図れ、このヒータの温度の上昇分を周囲のガスなどへの放熱とのバランスで調節できることになり、センサとして用いれば、高感度なセンサとさせることができる。
特開2004-286492号公報 特開2005-221238号公報 Generally, a heater resistor has a positive temperature coefficient of resistance (TCR) as positive as a metal and as negative as a semiconductor. In the case of a heater with a positive TCR, the resistance increases as the temperature rises. Therefore, when a constant current is passed, the temperature tends to increase with time. On the other hand, in the case of a heater having a negative TCR, the resistance decreases as the temperature rises, and therefore, when a constant voltage is applied, the temperature tends to increase with time. For example, in the case of a diode heater, since the TCR is a negative heater, the temperature tends to increase with time, but since the temperature difference from the ambient temperature increases, the amount of heat dissipation increases accordingly. It will settle down to a certain temperature. In this way, in a heater with positive and negative TCR, the temperature of the heater can be increased by maintaining the current and voltage at a predetermined constant value, and the increased temperature of the heater is balanced with the heat radiation to the surrounding gas. If it is used as a sensor, it can be made a highly sensitive sensor.
JP 2004-286492 A JP 2005-221238 JP

本発明は、上述の問題点を解消するためになされたもので、気体や液体の流量、流速、真空度、濃度、放射線や赤外線量などの物理量を計測するための高感度で高精度、さらに計測できる範囲を拡大できるような熱型センサである熱伝導型センサとこれを用いた熱伝導型計測装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has high sensitivity and high accuracy for measuring physical quantities such as gas and liquid flow rates, flow velocities, vacuum degrees, concentrations, radiation and infrared rays, and more. It is an object of the present invention to provide a heat conduction type sensor which is a heat type sensor capable of expanding a measurable range and a heat conduction type measurement device using the same.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる熱伝導型センサは、基板１から熱分離した薄膜１０が薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに分割され、互いに熱抵抗を有するように熱抵抗部４５を設けた構造であり、一方の薄膜１０Ａにはヒータ２５と温度センサ２０Ａとが備えてあり、他方の薄膜１０Ｂには温度センサ２０Ｂが備えてあり、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出する熱伝導型センサにおいて、薄膜１０Ｂは、薄膜１０Ａから熱抵抗４５を介してカンチレバ状に飛び出した構造であるか、もしくは、薄膜１０Ｂは、薄膜１０Ａと完全に空間的に分離した形として熱抵抗部４５を実現するとともに基板１から熱抵抗４５を介してカンチレバ状に飛び出した構造であること、更に、薄膜１０Ｂは、加熱された薄膜１０Ａから熱を受け取り加熱される構造であることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the heat conduction type sensor according to claim 1 of the present invention is such that the thin film 10 thermally separated from the substrate 1 is divided into a thin film 10A and a thin film 10B, and has a thermal resistance. The thin film 10A is provided with a heater 25 and a temperature sensor 20A, and the other thin film 10B is provided with a temperature sensor 20B, which is based on heat conduction to the surrounding medium. In the heat conduction type sensor that detects a temperature change, the thin film 10B has a structure protruding from the thin film 10A in a cantilever shape via the thermal resistance 45, or the thin film 10B is completely spatially separated from the thin film 10A. it from the substrate 1 with realizing the thermal resistance part 45 is a structure that pops out cantilever shape through the thermal resistor 45 as a form, further, the thin film 10B is either heated film 10A It is characterized in that a structure that is receiving heated heat.

薄膜１０Ｂを、薄膜１０Ａからカンチレバ状に飛び出した構造にすることにより、例えば、この熱伝導型センサを薄膜ピラニ型真空計として実施した場合、極めて高真空では、周囲の気体分子がほとんどないので、ヒータ２５により薄膜１０Ａを通して熱せられた薄膜１０Ｂからの周囲への熱伝導がなくなり、薄膜１０Ａとほとんど同一の温度になる。すなわち、輻射が無視できるような１００℃程度に熱せられた場合には、高真空で薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに温度差がほとんどゼロになり、薄膜１０Ｂもほとんど１００℃になる。このように、基準となる高真空で、本質的に薄膜２０Ａと薄膜２０Ｂとの間に温度差が発生しないようにして、高真空でゼロ出力とする、すなわち、これをゼロ基準とする（この方法をゼロ基準法と呼ぶことにする）ことが出来るので、極めて高精度の薄膜ピラニ型真空計が提供できることになる。 By forming the thin film 10B into a cantilever shape from the thin film 10A, for example, when this heat conduction type sensor is implemented as a thin film Pirani type vacuum gauge, there are almost no surrounding gas molecules in a very high vacuum. Heat conduction from the thin film 10B heated by the heater 25 through the thin film 10A to the surroundings is eliminated, and the temperature is almost the same as that of the thin film 10A. That is, when heated to about 100 ° C. so that the radiation can be ignored, the temperature difference between the thin film 10A and the thin film 10B becomes almost zero under high vacuum, and the thin film 10B also becomes almost 100 ° C. In this way, with a high vacuum serving as a reference, there is essentially no temperature difference between the thin film 20A and the thin film 20B, and a zero output is obtained with a high vacuum, that is, this is set as a zero reference (this (This method will be referred to as the zero reference method), so that an extremely high precision thin film Pirani type vacuum gauge can be provided.

また、ヒータ２５で熱せられた薄膜１０Ａから薄膜１０Ｂへの熱伝導が、主に周囲媒体としての気体などを媒介とした熱伝導になるようにすることもできる。この場合、上述のように薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとを一枚の薄膜１０にスリットを形成して熱抵抗が大きくなるようにし、薄膜１０Ｂが薄膜１０Ａからカンチレバ状に飛び出した構造にしても良いし、薄膜１０Ｂが、例えば、基板１からカンチレバ状に飛び出す構造として、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとを一枚の薄膜１０を横断するスリットで完全に空間的に接触させずに分離して、互いに近接して配置形成しても良い。後者の場合、薄膜１０Ｂの支持は、宙に浮いて基板１から支持されている薄膜１０Ａに対向している基板１からカンチレバ状に飛び出した構造にすると良い。更に、この薄膜１０Ｂも微少の熱量でも温度上昇がしやすいように、支持している基板１との間にも熱抵抗部４５を形成すると良い。もちろん、一般に宙に浮いている薄膜１０Ａも基板１から更に熱抵抗が大きくなるように、狭い梁により支持されている構造にすると良い。 Further, the heat conduction from the thin film 10A heated by the heater 25 to the thin film 10B can be made to be a heat conduction mainly using a gas as a surrounding medium. In this case, as described above, the thin film 10A and the thin film 10B may be formed in a single thin film 10 so that the thermal resistance is increased, and the thin film 10B may protrude from the thin film 10A into a cantilever shape. For example, as a structure in which the thin film 10B protrudes from the substrate 1 in a cantilever shape, the thin film 10A and the thin film 10B are separated by a slit crossing one thin film 10 without being completely in spatial contact, and are adjacent to each other. May be formed. In the latter case, the thin film 10B is preferably supported in a cantilever structure that floats in the air and faces the thin film 10A supported from the substrate 1 and faces the thin film 10A. Further, it is preferable to form the thermal resistance portion 45 between the thin film 10B and the supporting substrate 1 so that the temperature easily rises even with a small amount of heat. Of course, the thin film 10 </ b> A generally floating in the air is preferably supported by a narrow beam so that the thermal resistance is further increased from the substrate 1.

本発明の請求項２に係わる熱伝導型センサは、分割された二つ以上の薄膜１０Ｂa、１０Ｂbから成り、例えば、二つの場合は、それぞれの薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂbには、少なくとも一つの温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂbとがそれぞれに備えてあり、これらの薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂbとは、例えば、薄膜１０Ａからカンチレバ状にそれぞれ飛び出した構造にした場合である。すなわち、請求項１において、薄膜１０Ｂが複数個備えてある場合に相当する。 The heat conduction type sensor according to claim 2 of the present invention comprises two or more divided thin films 10Ba and 10Bb. For example, in the case of two, at least one temperature sensor is provided for each of the thin films 10Ba and 10Bb. 20Ba and temperature sensor 20Bb are respectively provided. The thin film 10Ba and the thin film 10Bb are, for example, a structure that protrudes from the thin film 10A in a cantilever shape. That is, this corresponds to the case where a plurality of thin films 10B are provided in claim 1.

本発明の請求項３に係わる熱伝導型センサは、二つ以上の薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂbが被測定物理量を除く物理量に対して同等に構成してある場合である。 The heat conduction type sensor according to claim 3 of the present invention is a case where two or more thin films 10Ba and 10Bb are configured to be equal to the physical quantity excluding the physical quantity to be measured.

本発明の請求項４に係わる熱伝導型センサは、二つ以上の薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂbとの間の温度差が測定できるように構成してある場合である。 The heat conduction type sensor according to claim 4 of the present invention is a case where a temperature difference between two or more thin films 10Ba and 10Bb can be measured.

二つ以上の薄膜１０Ｂa、１０Ｂbにおいて、一方を被測定物理量の検出用にし、他方を参照用に用いることができる。例えば、本発明の熱伝導型センサをガスフローセンサに適用した場合は、気流などの流速が被測定物理量に対応し、薄膜１０Ａからカンチレバ状に独立に飛び出した構造のうち、一方の薄膜１０Ｂaを流れに晒すようにして、他方の薄膜１０Ｂbは流れに晒されないようにするが、流れを除く環境、例えば、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂの寸法や質量、更には周囲温度の影響などは全く同等になるように構成することである。このようにして、流速に基づくカンチレバ状の二つの薄膜１０Ｂa、１０Ｂbの温度差のみを検出することにより、上述のゼロ基準法が適用できることになる。従って、高精度のガスフローセンサが達成できる。 In the two or more thin films 10Ba and 10Bb, one can be used for detecting the physical quantity to be measured and the other can be used for reference. For example, when the heat conduction type sensor of the present invention is applied to a gas flow sensor, one of the thin films 10Ba of the structure in which the flow velocity such as an air flow corresponds to the physical quantity to be measured and protrudes independently from the thin film 10A in a cantilever shape. The other thin film 10Bb is exposed to the flow so as not to be exposed to the flow, but the environment excluding the flow, for example, the size and mass of the thin film 10Ba and the thin film 10Bb, and the influence of the ambient temperature are completely the same. It is configured as follows. In this way, by detecting only the temperature difference between the two cantilever-like thin films 10Ba and 10Bb based on the flow velocity, the above-described zero reference method can be applied. Therefore, highly accurate gas flow sensors can be achieved.

ここでは、これらの薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂbとの間の温度差は、それぞれに形成してある温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂbとを用いて測定できるように構成した場合である。 Here, the temperature difference between the thin film 10Ba and the thin film 10Bb is configured so that it can be measured using the temperature sensor 20Ba and the temperature sensor 20Bb formed respectively.

本発明の請求項５に係わる熱伝導型センサは、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂbとの温度差をそれぞれに形成した温度センサ２０Ａと温度センサ２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂbとを用いて検出するようにした場合である。 In the heat conduction type sensor according to claim 5 of the present invention, the temperature difference between the thin film 10A and the thin films 10B, 10Ba, 10Bb is detected using the temperature sensor 20A and the temperature sensors 20B, 20Ba, 20Bb, respectively. This is the case.

薄膜１０Ａに形成した温度センサ２０Ａと、薄膜１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂbのそれぞれに形成した温度センサ２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂbとがサーミスタのような絶対温度センサである場合は、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂbのそれぞれに形成した絶対温度センサを使用してそれらの温度差を計測する必要があるが、温度センサ２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂbが温度差のみを計測できる温度差検出型温度センサ（温度差センサ）である熱電対、サーモパイルや電流検出型熱電対である場合は、薄膜１０Ａの温度を基準として温度差を求めることもできる。 When the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A and the temperature sensors 20B, 20Ba, 20Bb formed on the thin films 10B, 10Ba, 10Bb are absolute temperature sensors such as a thermistor, the thin film 10A, the thin films 10B, 10Ba, Although it is necessary to measure the temperature difference using the absolute temperature sensor formed on each of 10Bb, the temperature sensor 20B, 20Ba, 20Bb can measure only the temperature difference. Temperature difference detection type temperature sensor (temperature difference sensor) In the case of a thermocouple, a thermopile, or a current detection type thermocouple, the temperature difference can be obtained based on the temperature of the thin film 10A.

本発明の請求項６に係わる熱伝導型センサは、薄膜１０Ａなどを所定の場所として利用し、そこの温度を基準にして薄膜（１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂb）との温度差を検出するために、温度センサ２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂbとして、所定の場所からの温度差を検出する温度差センサとした場合である。熱の基本式から高温物体から低温物体への伝達熱量は、それらの物体間の温度差に比例する。もちろん、温度センサ２０Ａと温度センサ２０Ｂとを、どちらも温度差のみ検出する温度差センサとしても良い。 In order to detect the temperature difference between the thin film (10B, 10Ba, 10Bb) using the thin film 10A or the like as a predetermined place and the temperature there as a reference, the heat conduction type sensor according to claim 6 of the present invention is used. This is a case where the temperature sensors 20B, 20Ba, and 20Bb are temperature difference sensors that detect a temperature difference from a predetermined place. From the basic equation of heat, the amount of heat transferred from a hot object to a cold object is proportional to the temperature difference between those objects. Of course, both the temperature sensor 20A and the temperature sensor 20B may be temperature difference sensors that detect only the temperature difference.

温度センサ２０Ｂや温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂbとして、それぞれサーミスタのような絶対温度を計測する温度センサとしても、もちろん良い。しかし、ここでは、温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂbとして、温度差のみ検出できる温度差センサである熱電対、サーモパイルや電流検出型熱電対を用いた方が良く、これらの冷接点と温接点とをそれぞれ薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂa、および薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂｂとに配置する構造とし、それらの差動増幅をするようにした方が良い。なぜなら、上述のゼロ基準法が使用できるので、高精度の物理量計測が可能になるからである。なお、所定の場所からの温度差とは、熱電対、サーモパイルなどの冷接点を、例えば、所定の場所としての薄膜１０Ａに形成し、温接点を薄膜１０Ｂや薄膜１０Ｂaなどに形成したときに、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂや薄膜１０Ｂaとの温度差を意味し、この温度差を計測することである。また、所定の場所として、基板を利用すると電極形成などに好都合である。 Of course, the temperature sensor 20B, the temperature sensor 20Ba, and the temperature sensor 20Bb may each be a temperature sensor that measures an absolute temperature, such as a thermistor. However, here, it is better to use a thermocouple, a thermopile, or a current detection type thermocouple that is a temperature difference sensor that can detect only the temperature difference as the temperature sensor 20Ba and the temperature sensor 20Bb. It is preferable that the thin film 10A and the thin film 10Ba, and the thin film 10A and the thin film 10Bb are arranged to be differentially amplified. This is because the above-described zero reference method can be used, so that highly accurate physical quantity measurement can be performed. Note that the temperature difference from a predetermined location is, for example, when a cold junction such as a thermocouple or a thermopile is formed on the thin film 10A as the predetermined location and the hot junction is formed on the thin film 10B, the thin film 10Ba, or the like. The temperature difference between the thin film 10A and the thin film 10B or the thin film 10Ba is meant to be measured. Further, if a substrate is used as the predetermined place, it is convenient for electrode formation.

本発明の請求項７に係わる熱伝導型センサは、温度差検出型温度センサとして電流検出型熱電対とした場合である。温度差センサとして、特に超小型で高感度となり得る電流検出型熱電対とした場合は、単純構造で高感度であるので好都合である。 The heat conduction type sensor according to claim 7 of the present invention is a case where a current detection type thermocouple is used as the temperature difference detection type temperature sensor. As the temperature difference sensor, in particular, a current detection type thermocouple that can be highly small and highly sensitive is convenient because it has a simple structure and high sensitivity.

一般に、熱電対といえば、サーモパイルと同様に開放起電力で温度を計測するが、電流検出型熱電対は、内部抵抗を小さくした熱電対の温度差による熱起電力に基づく短絡電流を計測して、温度差を検出するもので、サーモパイルのように沢山の熱電対を用いる必要がなく、一対で済むので、温度差センサを極めて小型化できるし、高感度で高精度となる。特に、本発明の熱伝導型センサを、薄膜ピラニ型真空センサのようにゼロ基準法が利用できるときに有利で、その特長を発揮する。 Generally speaking, thermocouples measure temperature with open electromotive force, similar to thermopile, but current detection thermocouples measure short-circuit current based on thermoelectromotive force due to temperature difference between thermocouples with reduced internal resistance. The temperature difference is detected, and it is not necessary to use many thermocouples like a thermopile, and only one pair is required. Therefore, the temperature difference sensor can be extremely miniaturized, and the sensitivity and accuracy are high. In particular, the heat conduction type sensor of the present invention is advantageous when the zero reference method can be used like a thin film Pirani type vacuum sensor, and exhibits its features.

本発明の請求項８に係わる熱伝導型計測装置は、上述の請求項1から７のいずれかに記載の熱伝導型センサを備え、その熱伝導型センサの薄膜１０Ａの温度を所定の温度になるように、ヒータ２５と温度センサ２０Ａとの組合せにより制御すると共に、少なくとも温度センサ２０Ｂの出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とするものである。 A heat conduction type measuring apparatus according to claim 8 of the present invention comprises the heat conduction type sensor according to any one of claims 1 to 7, and the temperature of the thin film 10A of the heat conduction type sensor is set to a predetermined temperature. As described above, control is performed by a combination of the heater 25 and the temperature sensor 20A, and at least the output of the temperature sensor 20B is used to detect a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium and measure the physical quantity to be measured. It is characterized by that.

ヒータ２５として、不純物を拡散した拡散抵抗ヒータ２５や白金などの薄膜ヒータでも良い。更に、ダイオードの順方向電圧印加によるダイオードヒータでも良いし、トランジスタやＦＥＴに電流を流して、ヒータ２５として動作させても良い。 The heater 25 may be a diffusion resistance heater 25 in which impurities are diffused or a thin film heater such as platinum. Further, a diode heater by applying a forward voltage of the diode may be used, or a current may be passed through the transistor or FET to operate as the heater 25.

温度センサ２０Ａは、薄膜１０Ａに形成するのでＩＣ技術で製作できるトランジスタサーミスタやダイオードサーミスタなどの絶対温度センサでもよく、基板１を冷接点として、薄膜１０Ａを温接点とする電流検出型熱電対でも良い。 The temperature sensor 20A may be an absolute temperature sensor such as a transistor thermistor or a diode thermistor that can be manufactured by IC technology because it is formed on the thin film 10A, or may be a current detection type thermocouple that uses the substrate 1 as a cold junction and the thin film 10A as a warm contact. .

所定の温度として、本熱伝導型計測装置の適用目的により異なるが、薄膜ピラニ型真空計に適用した場合には、例えば、薄膜１０Ａの温度が１００℃になるように、温度センサ２０Ａで温度計測して、また、そこに形成してあるヒータ２５を駆動するようにフィードバック制御するとよい。この制御は従来の公知の方法で容易に達成できる。 The predetermined temperature varies depending on the application purpose of the heat conduction type measuring device, but when applied to a thin film Pirani type vacuum gauge, for example, the temperature measurement is performed by the temperature sensor 20A so that the temperature of the thin film 10A becomes 100 ° C. In addition, feedback control may be performed so as to drive the heater 25 formed there. This control can be easily achieved by a conventionally known method.

本発明の請求項９に係わる熱伝導型計測装置は、薄膜１０Ａの温度を少なくとも異なる所定の二つの温度になるように、周囲温度の変化が無視できる程度の短時間に制御して、薄膜１０Ａのこれらの異なる二つの温度での温度センサ２０Ａの出力とそれぞれに対応する温度センサ２０Ｂの出力を利用して、周囲温度の効果を打ち消すようにした場合である。 The heat conduction type measuring apparatus according to claim 9 of the present invention controls the thin film 10A by controlling the temperature of the thin film 10A to be at least two different predetermined temperatures so that the change in ambient temperature is negligible. This is a case where the effect of the ambient temperature is canceled using the output of the temperature sensor 20A at these two different temperatures and the output of the temperature sensor 20B corresponding to each.

本発明の熱伝導型計測装置を薄膜ピラニ型真空計に適用した場合には、実験によると、薄膜１０Ａの所定の二つの異なる温度として、１００℃と８０℃に設定し、温度センサ２０Ａとその近傍に形成されているヒータ２５とを用いて、１００ミリ秒毎に、これらの温度の切り替え制御をして、それぞれの温度に対応する薄膜１０Ｂに形成されている温度センサ２０Ｂの温度を計測して、それらの差動動作を行わせることにより、周囲温度の効果を除去することができた。 When the heat conduction type measurement device of the present invention is applied to a thin film Pirani type vacuum gauge, according to an experiment, two predetermined different temperatures of the thin film 10A are set to 100 ° C. and 80 ° C., and the temperature sensor 20A and its temperature sensor 20A The temperature of the temperature sensor 20B formed on the thin film 10B corresponding to each temperature is measured by controlling the switching of these temperatures every 100 milliseconds using the heater 25 formed in the vicinity. Thus, the effect of ambient temperature could be eliminated by performing these differential operations.

基板１や蓋が余り加熱されないように、矩形波パルスなどの所定の周期でヒータ２５を短時間加熱するように制御した方が良い。 It is better to control so that the heater 25 is heated for a short time at a predetermined cycle such as a rectangular wave pulse so that the substrate 1 and the lid are not heated too much.

本発明の請求項１０に係わる熱伝導型計測装置は、基板１から熱分離した薄膜１０には、ヒータ２５と温度センサ２０とが備えてあり、この温度センサ２０は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されてあり、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、この熱伝導型センサのヒータ２５を加熱するのに所定の一定の電力を供給するように制御すると共に、少なくとも温度センサ２０の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とするものである。 In the heat conduction type measuring apparatus according to claim 10 of the present invention, the thin film 10 thermally separated from the substrate 1 is provided with a heater 25 and a temperature sensor 20, and the temperature sensor 20 is a thin film (10) . (25) It is formed in the portion protruding from the tip of the cantilever, and includes a heat conduction sensor that detects a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, and a heater 25 of this heat conduction sensor. Is controlled so as to supply a predetermined constant power to heat, and at least the output of the temperature sensor 20 is used to detect a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium and measure a physical quantity to be measured. It is characterized by doing so.

ヒータ２５が形成してある薄膜の熱コンダクタンスGが一定ならば、ヒータ２５に一定の電力Pを供給すると周囲温度よりΔTだけ温度上昇する。したがって、周囲温度が異なっても、その周囲温度を基準にして、それよりもΔTだけ温度上昇することになる。また、ΔTの温度上昇分は、宙に浮いた薄膜１０に突起状のカンチレバから周囲への熱コンダクタンスGに反比例するから、突起状のカンチレバに形成した温度センサ２０Ｂの温度に関する出力を利用して、真空度などの被測定物理量に関係する熱コンダクタンスGを知ることができるし、熱コンダクタンスGと真空度との対応から真空度を計測できる。もちろん、真空度ばかりでなく、気流や液体の流れによる熱コンダクタンスGの変化を利用すれば、被測定物理量として気流や液体の流速などを計測することもできる。 If the thermal conductance G of the thin film formed by the heater 25 is constant, when the constant electric power P is supplied to the heater 25, the temperature rises by ΔT from the ambient temperature. Therefore, even if the ambient temperature is different, the temperature rises by ΔT based on the ambient temperature. Further, since the temperature rise of ΔT is inversely proportional to the thermal conductance G from the protruding cantilever to the surroundings in the thin film 10 floating in the air, the output related to the temperature of the temperature sensor 20B formed on the protruding cantilever is used. The thermal conductance G related to the measured physical quantity such as the degree of vacuum can be known, and the degree of vacuum can be measured from the correspondence between the thermal conductance G and the degree of vacuum. Of course, if not only the degree of vacuum but also the change in the thermal conductance G caused by the air flow or the liquid flow is used, the air flow or the liquid flow velocity can be measured as the physical quantity to be measured.

ヒータ２５への所定の一定電力の供給方法は、ヒータ２５への印加電圧Vと流れる電流Iとの積が一定になるように制御すればよく、例えば、それぞれの成分を公知の対数変換回路と逆対数変換回路を用いた掛け算回路を用いて掛け算をして、その出力が一定になるように制御することにより容易に達成できる。 A method of supplying a predetermined constant power to the heater 25 may be controlled so that the product of the voltage V applied to the heater 25 and the flowing current I is constant. For example, each component is replaced with a known logarithmic conversion circuit. This can be easily achieved by performing multiplication using a multiplication circuit using an inverse logarithmic conversion circuit and controlling the output to be constant.

ここでは、熱伝導型センサのヒータ２５に所定の一定の電力を供給するように制御する場合、必ずしもヒータ２５の温度を制御するために、ヒータ２５の温度を計測する専用の温度センサを必要としない。薄膜１０のカンチレバ状に飛び出した部分に形成された温度センサ２０があり、この温度センサ２０の温度に関する出力を利用して、真空度などの被測定物理量を計測する。被測定物理量と温度センサ２０の出力との関係の校正曲線を求めておくことにより、被測定物理量の計測ができる。 Here, when controlling to supply a predetermined constant power to the heater 25 of the heat conduction type sensor, a dedicated temperature sensor for measuring the temperature of the heater 25 is necessarily required to control the temperature of the heater 25. do not do. There is a temperature sensor 20 formed in a cantilever-like portion of the thin film 10, and a physical quantity to be measured such as a degree of vacuum is measured using an output related to the temperature of the temperature sensor 20. By obtaining a calibration curve of the relationship between the measured physical quantity and the output of the temperature sensor 20, the measured physical quantity can be measured.

なお、温度センサ２０として、基板１を基準にして、薄膜１０のカンチレバ状に飛び出した部分に形成された温度センサ２０との温度差のみ検出する温度差センサを用いると良い。これは周囲温度が変化しても、その周囲温度からの温度上昇分である温度差は、熱時定数よりも充分長い時間経過後では、供給電力と熱コンダクタンスにより決定され、供給電力を指定すると被測定物理量に係る周囲への熱伝導だけで冷却されるからである。したがって、周囲温度依存性のない被測定物理量の計測が可能になる。 As the temperature sensor 20, it is preferable to use a temperature difference sensor that detects only a temperature difference from the temperature sensor 20 that is formed in a cantilever-like portion of the thin film 10 with respect to the substrate 1. Even if the ambient temperature changes, the temperature difference, which is the temperature rise from the ambient temperature, is determined by the supply power and the thermal conductance after a time sufficiently longer than the thermal time constant. This is because cooling is performed only by heat conduction to the surroundings related to the physical quantity to be measured. Therefore, it is possible to measure the physical quantity to be measured without depending on the ambient temperature.

本発明の請求項１１に係わる熱伝導型計測装置は、基板１から熱分離した薄膜１０には、ヒータ２５と温度センサ２０とが備えてあり、この温度センサ２０は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、この熱伝導型センサのヒータ２５を加熱するのに所定の一定の電流を流すように制御すると共に、少なくとも温度センサ２０の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする場合である。 In the heat conduction type measuring apparatus according to claim 11 of the present invention, the thin film 10 thermally separated from the substrate 1 is provided with a heater 25 and a temperature sensor 20, and the temperature sensor 20 is formed of a thin film (10) . (25) It is formed in the part which protruded in the shape of a cantilever at the tip , and is provided with a heat conduction type sensor which detects a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, and a heater 25 of this heat conduction type sensor. In order to measure a physical quantity to be measured by detecting a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium using at least the output of the temperature sensor 20. This is a case characterized by that.

ヒータ２５をｐｎ接合やショットキ接合などの半導体ダイオードとし、その順方向に電圧を印加すると、印加電圧はそれほど変化しないで、電流だけを大きく変化させることができる。すなわち、半導体ダイオードに流す順方向電流の大きさで、ほぼヒータ２５への供給電力が決まる。このように例えば、定電流回路を用いて、一定の順方向電流を半導体ダイオードに流すと、請求項１０に記述のように、ほぼ熱伝導型センサのヒータ２５に所定の一定の電力を供給するように制御した場合と同等になる。実際には、多少、一定の電力を供給するように制御した場合と異なるが、一定の順方向電流を半導体ダイオードに流した状態で真空度などの被測定物理量と温度センサ２０Ｂの出力との関係の校正曲線を求めておくことにより、被測定物理量の計測ができる。 When the heater 25 is a semiconductor diode such as a pn junction or a Schottky junction and a voltage is applied in the forward direction, the applied voltage does not change so much, and only the current can be changed greatly. That is, the power supplied to the heater 25 is substantially determined by the magnitude of the forward current flowing through the semiconductor diode. Thus, for example, when a constant forward current is caused to flow through the semiconductor diode using a constant current circuit, a predetermined constant power is supplied to the heater 25 of the heat conduction type sensor as described in claim 10. It becomes equivalent to the case where it controls. Actually, although it is slightly different from the case where control is performed so as to supply a constant power, the relationship between the measured physical quantity such as the degree of vacuum and the output of the temperature sensor 20B in a state where a constant forward current is passed through the semiconductor diode. The physical quantity to be measured can be measured by obtaining the calibration curve.

金属的のように抵抗温度係数（ＴＣＲ）が正であるヒータ２５の場合には、所定の一定電流を流すことにより、ヒータ２５の温度が上昇すれば、一層、消費電力が大きくなり、一層温度上昇するように作用する。しかし、周囲温度との温度差が大きくなるので、放熱が大きくなり、ある温度に落ち着く。この温度上昇分は、気体、液体の密度や流れなどの周囲の環境によるので、高感度になり、これらの物理量を計測するセンサには好適である。 In the case of the heater 25 having a positive temperature coefficient of resistance (TCR) such as metallic, if the temperature of the heater 25 is increased by passing a predetermined constant current, the power consumption is further increased and the temperature is further increased. Acts to rise. However, since the temperature difference from the ambient temperature increases, the heat dissipation increases and settles at a certain temperature. Since this temperature rise depends on the surrounding environment such as the density and flow of gas and liquid, it becomes highly sensitive and is suitable for sensors that measure these physical quantities.

本発明の請求項１２に係わる熱伝導型計測装置は、基板１から熱分離した薄膜１０には、ヒータ２５と温度センサ２０とが備えてあり、この温度センサ２０は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、この熱伝導型センサのヒータ２５を加熱するのに所定の一定の電圧を印加するように制御すると共に、少なくとも温度センサ２０の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする場合である。 In the heat conduction type measuring apparatus according to claim 12 of the present invention, the thin film 10 thermally separated from the substrate 1 is provided with a heater 25 and a temperature sensor 20, and the temperature sensor 20 is formed of a thin film (10) . (25) It is formed in the part which protruded in the shape of a cantilever at the tip , and is provided with a heat conduction type sensor which detects a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, and a heater 25 of this heat conduction type sensor. Is controlled so as to apply a predetermined constant voltage for heating, and at least the output of the temperature sensor 20 is used to detect a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium and measure a physical quantity to be measured. This is a case characterized by the above.

ヒータ２５のＴＣＲが負の場合、所定の一定の電圧を印加して加熱すると時間と共に温度が上昇する傾向になる。しかし、周囲温度からの温度差が大きくなるので、その分、放熱も多くなり、実際には、ある温度に落ち着く。このように、ＴＣＲが負のヒータ２５では、電圧を所定の一定値に保つことにより、ヒータ２５の温度が上昇し、真空度や気体や液体流の変化などで、ヒータ２５からの放熱状態が変わるので、その上昇分が変化する。このような熱伝導型センサとして用いれば、高感度なセンサとさせることができる。 When the TCR of the heater 25 is negative, the temperature tends to increase with time when heated by applying a predetermined constant voltage. However, since the temperature difference from the ambient temperature increases, the amount of heat radiation increases, and in fact, the temperature settles down to a certain temperature. In this way, in the heater 25 having a negative TCR, the voltage of the heater 25 is maintained at a predetermined constant value, so that the temperature of the heater 25 rises, and the heat dissipation state from the heater 25 is changed due to a change in the degree of vacuum, gas, or liquid flow. As it changes, its rise changes. If used as such a heat conduction type sensor, it can be made a highly sensitive sensor.

本発明の請求項１３に係わる熱伝導型計測装置は、ヒータ２５に少なくとも所定の異なる少なくとも二つの電圧を周囲温度の変化が無視できる程度の短時間に印加し、薄膜１０のこれらの異なる二つの電圧印加での温度センサ２０の出力を利用して、周囲温度の効果を打ち消すようにした場合である。 In the heat conduction type measuring apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention, at least two different voltages are applied to the heater 25 in such a short time that the change in the ambient temperature is negligible. This is a case in which the effect of the ambient temperature is canceled by using the output of the temperature sensor 20 with voltage application.

熱伝導型センサでは、周囲温度との温度差に基づいてヒータ２５からの熱放散が行われることが多い。周囲温度は変動するので、これを補正することは困難なことである。周囲温度が変動した場合、マイクロヒータのように極めて高速に温度上昇する（熱時定数が小さい）ヒータ２５であれば、ヒータ加熱の時間を短くすると周囲温度が変動していないと見做すことができる。このように、二つのパルス加熱で差動動作させることにより共通となる周囲温度効果を除去することができる。 In a heat conduction type sensor, heat dissipation from the heater 25 is often performed based on a temperature difference from the ambient temperature. Since the ambient temperature fluctuates, it is difficult to correct this. When the ambient temperature fluctuates, if the heater 25 has a very high temperature rise (low thermal time constant), such as a micro heater, the ambient temperature does not fluctuate if the heater heating time is shortened. Can do. As described above, the common ambient temperature effect can be removed by performing the differential operation by two pulse heating.

本発明の請求項１４に係わる熱伝導型計測装置は、基板１から熱分離した薄膜１０には、ヒータ２５と温度センサ２０とが備えてあり、この温度センサ２０は、薄膜１０でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化をこの温度センサ２０で検出するようにした熱伝導型センサを備え、この熱伝導型センサのヒータ２５を、この温度センサ２０の温度が周囲温度に対して所定の一定温度分だけ上昇するように制御すると共に、少なくとも、そのときのヒータ２５に流す電流、ヒータ２５の印加電圧もしくはヒータ２５の供給電力を計測し、この計測出力を利用して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする場合である。 In the heat conduction type measuring apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention, the thin film 10 thermally separated from the substrate 1 is provided with a heater 25 and a temperature sensor 20, and the temperature sensor 20 includes the thin film 10 and the heater (25 And a heat conduction sensor which is formed in a portion protruding like a cantilever at the tip , and detects a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium by the temperature sensor 20, and the heat conduction sensor. The heater 25 is controlled so that the temperature of the temperature sensor 20 rises by a predetermined constant temperature with respect to the ambient temperature, and at least the current flowing through the heater 25 at that time, the applied voltage of the heater 25 or the heater 25 The measured power is measured, and the measured physical quantity is measured using this measurement output.

上述の周囲温度の基準として基板１を利用すると便利である。また、ヒータ２５により加熱された薄膜１０は、周囲温度に対して熱伝導するので、その熱伝導は薄膜１０を基板１から支持している梁と周囲媒体により行われる。支持している梁を通した熱伝導に寄与する熱コンダクタンスは、ほぼ一定と考えられる。したがって、薄膜１０を所定の一定温度上昇に加熱するための供給電力の変動は、被測定物理量に関わる周囲媒体の熱コンダクタンスの変化と見ることができる。供給電力は電流や電圧で表示することもできるので、供給電力を直接計測しなくとも、ヒータ２５に流す電流や印加する電圧を計測しても良い。このように、本請求項は、薄膜１０を周囲温度から所定の一定温度上昇になるようにヒータ２５を制御することで被測定物理量を計測する場合である。 It is convenient to use the substrate 1 as a reference for the ambient temperature described above. Further, since the thin film 10 heated by the heater 25 conducts heat with respect to the ambient temperature, the heat conduction is performed by the beam supporting the thin film 10 from the substrate 1 and the surrounding medium. The thermal conductance contributing to heat conduction through the supporting beam is considered to be almost constant. Therefore, the fluctuation of the supplied power for heating the thin film 10 to a predetermined constant temperature increase can be regarded as a change in the thermal conductance of the surrounding medium related to the physical quantity to be measured. Since the supplied power can be displayed as a current or a voltage, the current supplied to the heater 25 or the applied voltage may be measured without directly measuring the supplied power. Thus, this claim is a case where the physical quantity to be measured is measured by controlling the heater 25 so that the thin film 10 has a predetermined constant temperature rise from the ambient temperature.

本発明の請求項１５に係わる熱伝導型計測装置は、ヒータ２５として半導体ダイオードを用いた場合である。 The heat conduction type measuring apparatus according to claim 15 of the present invention is a case where a semiconductor diode is used as the heater 25.

半導体ダイオードは、半導体であるので抵抗温度係数が負であり、これをヒータ２５として用い、所定の一定順方向電圧で駆動すると、温度上昇すれば、一層、接合抵抗が小さくなり、一層電流が流れるようになる。基板や周囲気体などへの熱伝導でやがて一定温度に落ち着く。しかし、周囲気体などの密度や流れなどに温度上昇は極めて敏感であるから、高感度のセンシングシステムが構築できる。例えば、熱伝導型計測装置を薄膜ピラニ型真空計として使用すると、高真空になると気体の密度が小さくなるので、気体への熱伝導が少なくなり、ヒータ２５の温度上昇が大きくなる。この温度上昇分が真空度により異なり、謂わば、熱増幅機構が働いた形で、高真空側でも高感度となる薄膜ピラニ型真空計が提供できる。 Since the semiconductor diode is a semiconductor, it has a negative temperature coefficient of resistance. When this is used as the heater 25 and is driven at a predetermined constant forward voltage, the junction resistance becomes smaller and more current flows when the temperature rises. It becomes like this. It eventually settles at a constant temperature due to heat conduction to the substrate and surrounding gas. However, since the temperature rise is extremely sensitive to the density and flow of surrounding gases, a highly sensitive sensing system can be constructed. For example, when the heat conduction type measuring device is used as a thin film Pirani type vacuum gauge, the density of the gas is reduced when the vacuum is high, so that the heat conduction to the gas is reduced and the temperature rise of the heater 25 is increased. This temperature rise differs depending on the degree of vacuum, and a so-called thin film Pirani type vacuum gauge that is highly sensitive even on the high vacuum side can be provided with a so-called thermal amplification mechanism.

薄膜１０に形成される温度センサも半導体ダイオードにした場合には、ヒータ２５をも半導体ダイオードにすると、同一工程で一緒に形成できるので、安価な熱伝導型計測装置が提供できる。 In the case where the temperature sensor formed on the thin film 10 is also a semiconductor diode, if the heater 25 is also a semiconductor diode, it can be formed together in the same process, so that an inexpensive heat conduction type measuring device can be provided.

半導体ダイオードをヒータ２５とすると電気抵抗となる接合部が極めて小さくできるので、局部発熱が可能であり、接合部を広くすると面発熱ができる。また、シリコン（Ｓｉ）で作成したときには、特に、接合部を含めて表面を熱酸化膜ＳｉＯ２で覆うことができるので、絶縁性及び耐熱性に富むことから好適である。 If the semiconductor diode is used as the heater 25, the junction portion that becomes an electric resistance can be made extremely small, so that local heat generation is possible, and if the junction portion is widened, surface heat generation is possible. In addition, when made of silicon (Si), the surface including the bonding portion can be covered with the thermal oxide film SiO 2 , which is preferable because of being excellent in insulation and heat resistance.

本発明の請求項１６に係わる熱伝導型計測装置は、少なくとも電源回路、演算回路および制御回路を備えた場合である。電源回路は、ヒータ２５の駆動や他の回路への電源の供給に関わる回路であり、演算回路は、温度センサ２０Aや温度センサ２０Bからの出力を利用し、更にメモリ回路との組み合わせにより被測定物理量、例えば、真空度を算出するために用いることを主にした回路である。また、制御回路は、ヒータ２５の温度制御やヒータ２５のパルス駆動時の通電時間と間隔などの制御を行う回路である。 The heat conduction type measuring apparatus according to claim 16 of the present invention is a case provided with at least a power supply circuit, an arithmetic circuit and a control circuit. The power supply circuit is a circuit related to driving of the heater 25 and the supply of power to other circuits, and the arithmetic circuit uses the output from the temperature sensor 20A and the temperature sensor 20B, and is further measured in combination with a memory circuit. This circuit is mainly used for calculating a physical quantity, for example, a degree of vacuum. The control circuit is a circuit that controls the temperature of the heater 25 and the energization time and interval when the heater 25 is pulse-driven.

本発明の熱伝導型センサでは、ヒータ２５が備えてある薄膜１０Ａから薄膜１０Ｂをカンチレバ状に飛び出した構造にすることにより、薄膜１０Ａから薄膜１０Ｂを通して基板１に逃げる熱は、周囲気体などの周囲を取り巻く物質を通してのみ伝導することになり、例えば、この熱伝導型センサを薄膜ピラニ型真空計として実施した場合には、極めて高真空では、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに温度差がほとんどゼロになるので、ゼロ基準法が適用できるから高精度で高感度の薄膜ピラニ型真空計が提供できるという利点がある。 In the heat conduction type sensor of the present invention, the heat that escapes from the thin film 10A through the thin film 10B to the substrate 1 by the structure in which the thin film 10B is protruded in a cantilever shape from the thin film 10A provided with the heater 25 is the ambient gas or the like. For example, when this heat conduction type sensor is implemented as a thin film Pirani type vacuum gauge, the temperature difference between the thin film 10A and the thin film 10B becomes almost zero in an extremely high vacuum. Therefore, since the zero reference method can be applied, there is an advantage that a thin film Pirani type vacuum gauge with high accuracy and high sensitivity can be provided.

本発明の熱伝導型センサでは、薄膜１０Ｂを分割された二つ以上の薄膜１０Ｂa、１０Ｂbとして、薄膜１０Ａからカンチレバ状にそれぞれ飛び出した構造にできるので、一方を物理量の検出用にし、他方を参照用に用いることができる。これらは同等な構造にすることによりすることにより、温度差検出を利用したゼロ基準法が適用できるから高精度で高感度の熱伝導型センサが提供できるという利点がある。 In the heat conduction type sensor of the present invention, the thin film 10B can be divided into two or more thin films 10Ba and 10Bb so as to protrude from the thin film 10A in a cantilever shape, so that one is used for detecting a physical quantity and the other is referred to. Can be used for By adopting an equivalent structure for these, the zero reference method using temperature difference detection can be applied, so that there is an advantage that a highly accurate and highly sensitive heat conduction type sensor can be provided.

本発明の熱伝導型センサでは、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂまたは、薄膜１０Ａと分割したそれぞれの薄膜１０Ｂa、１０Ｂbとの温度差を検出するので、温度差だけを検出する温度センサが適用できる。特に、超小型で高感度の電流検出型熱電対が利用できるので小型で、高精度で高感度の熱伝導型センサが提供できるという利点がある。 In the heat conduction type sensor according to the present invention, the temperature difference between the thin film 10A and the thin film 10B or the thin films 10Ba and 10Bb divided from the thin film 10A is detected. Therefore, a temperature sensor that detects only the temperature difference can be applied. In particular, since an ultra-small and high-sensitivity current detection type thermocouple can be used, there is an advantage that a small, high-accuracy and high-sensitivity heat conduction type sensor can be provided.

薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに形成されたそれぞれの温度センサ２０A、２０Bのどちらも電流検出型熱電対のような温度差センサを用いると、薄膜１０Ａの温度は、温度センサ２０Aを用いて、例えば基板１との温度差を高精度で計測できるし、薄膜１０Ｂの温度も、温度センサ２０Bを用いて、薄膜１０Ａを基準とする温度差を、周囲温度に寄らず精度よく計測することができるという利点がある。 If each of the temperature sensors 20A and 20B formed on the thin film 10A and the thin film 10B is a temperature difference sensor such as a current detection type thermocouple, the temperature of the thin film 10A is determined by using, for example, a substrate. The temperature difference from 1 can be measured with high accuracy, and the temperature of the thin film 10B can be measured with high accuracy without using the temperature sensor 20B, regardless of the ambient temperature. There is.

本発明の熱伝導型計測装置では、使用している熱伝導型センサのセンシング部が、超小型の宙に浮いた薄膜であり、熱容量が小さく、低消費電力で高速応答であること、しかも物理量を温度変化として検出する温度センサがカンチレバ状薄膜に形成されているので、基板の温度の影響を直接受けないこと、しかも物理量を高速に計測できるばかりでなく、周囲温度の緩慢な変化の間に、二つ以上の短時間加熱が可能であることから、異なる二つ以上の設定温度におけるデータを利用して周囲温度の効果を消去できるという利点がある。 In the heat conduction type measuring device of the present invention, the sensing part of the heat conduction type sensor used is an ultra-compact thin film suspended in the air, has a small heat capacity, low power consumption and high speed response, and physical quantity The temperature sensor that detects the temperature change is formed on the cantilever-like thin film, so that it is not directly affected by the temperature of the substrate, and not only can the physical quantity be measured at high speed, but also during the slow change of the ambient temperature. Since two or more short-time heating is possible, there is an advantage that the effect of the ambient temperature can be eliminated by using data at two or more different set temperatures.

本発明の熱伝導型計測装置では、ヒータ２５が備えてある薄膜１０をカンチレバ状に飛び出した構造にし、そこに温度センサ２０を形成してあり、また、ヒータ２５への一定電力の供給制御を行うと、薄膜１０から周囲への熱コンダクタンスGにより薄膜１０の温度上昇分ΔTが決定されるので、特に温度センサ２０を温度差センサにして、周囲温度からの温度差に関する温度出力を利用すれば、簡単に周囲温度変化による誤差を極めて小さくさせて被測定物理量を計測する熱伝導型計測装置を提供できるという利点がある。 In the heat conduction type measuring apparatus of the present invention, the thin film 10 provided in the heater 25 has a structure that protrudes in a cantilever shape, the temperature sensor 20 is formed there, and the supply control of constant power to the heater 25 is performed. When this is done, the temperature increase ΔT of the thin film 10 is determined by the thermal conductance G from the thin film 10 to the surroundings. Therefore, if the temperature sensor 20 is used as a temperature difference sensor, and the temperature output related to the temperature difference from the ambient temperature is used. There is an advantage that it is possible to provide a heat conduction type measuring device that can easily measure a physical quantity to be measured while extremely reducing an error due to a change in ambient temperature.

本発明の熱伝導型計測装置では、ヒータ２５を半導体ダイオードとし、その所定の一定順方向電流を流すことにより、ほぼ一定の電力をヒータ２５に供給したことと等価になり、単純な回路構成の熱伝導型計測装置を提供できるという利点がある。 In the heat conduction type measuring apparatus of the present invention, the heater 25 is a semiconductor diode, and by passing a predetermined constant forward current, it is equivalent to supplying almost constant power to the heater 25, and has a simple circuit configuration. There is an advantage that a heat conduction type measuring device can be provided.

本発明の熱伝導型計測装置では、極めて熱容量と熱コンダクタンスの小さい宙に浮いた薄膜にマイクロヒータ２５と温度センサが形成されており、ヒータ２５の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の正であるか、または負であるか、に応じて、それぞれ、所定の一定電流を流してヒータ加熱するか、または所定の一定電圧を印加してヒータ加熱するか、することにより、高感度で高速センシングの物理量計測装置が提供できると言う利点がある。 In the heat conduction type measuring apparatus of the present invention, the microheater 25 and the temperature sensor are formed in a thin film suspended in the air with extremely small heat capacity and thermal conductance, and the resistance temperature coefficient (TCR) of the heater 25 is positive. Depending on whether it is negative or not, it is possible to heat a heater by supplying a predetermined constant current, or by heating a heater by applying a predetermined constant voltage. There is an advantage that the device can provide.

本発明の熱伝導型計測装置では、例えば、基板１の温度を周囲温度と見做し、ヒータ２５が備えてある薄膜１０をカンチレバ状に飛び出した構造にして、そこに形成してある温度センサ２０を用いて、その温度が基板１の温度より所定の一定温度だけ温度上昇するように制御することができるので、真空度などの被測定物理量の変化に基づくヒータ２５への電力供給量、ヒータ２５に流れる電流または印加電圧などを計測することにより、被測定物理量を求めることができる。したがって、単純な回路構成になると言う利点がある。特に、温度センサ２０として、電流検出型熱電対などの温度差センサが好適である。 In the heat conduction type measuring apparatus according to the present invention, for example, the temperature sensor is formed in a structure in which the temperature of the substrate 1 is regarded as the ambient temperature, and the thin film 10 provided with the heater 25 protrudes like a cantilever. 20, the temperature can be controlled to rise by a predetermined constant temperature from the temperature of the substrate 1. Therefore, the amount of power supplied to the heater 25 based on the change in the physical quantity to be measured such as the degree of vacuum, the heater The physical quantity to be measured can be obtained by measuring the current flowing through 25 or the applied voltage. Therefore, there is an advantage that a simple circuit configuration is obtained. In particular, a temperature difference sensor such as a current detection type thermocouple is suitable as the temperature sensor 20.

以下、本発明の熱伝導型センサは、成熟した半導体集積化技術とMEMS技術を用いて、シリコン（Si）基板で形成できる。このシリコン（Si）基板を用いて製作した場合の図面を参照して、実施例に基づき詳細に説明する。また、本発明の熱伝導型センサを用いた熱伝導型計測装置は、そのブロック図を用いて説明する。   Hereinafter, the heat conduction type sensor of the present invention can be formed on a silicon (Si) substrate using mature semiconductor integration technology and MEMS technology. With reference to the drawings in the case of manufacturing using this silicon (Si) substrate, a detailed description will be given based on examples. A heat conduction type measuring device using the heat conduction type sensor of the present invention will be described with reference to the block diagram.

図１は、本発明の熱伝導型センサの一実施例を示す平面概略図である。ここでは、基板１としてSOI基板を用いて実施した場合であり、基板１からの熱分離のために宙に浮いた構造にしてある薄膜１０は、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに二分割した場合であり、薄膜１０Ｂが薄膜１０Ａから熱抵抗部４５を介してカンチレバ状に飛び出した構造になっている。熱抵抗部４５は、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとの間に設けたスリット４１により熱伝導がし難い構造にして、熱抵抗を持たせている。   FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the heat conduction type sensor of the present invention. Here, this is a case where an SOI substrate is used as the substrate 1, and the thin film 10 having a structure floating in the air for thermal separation from the substrate 1 is divided into a thin film 10A and a thin film 10B. In other words, the thin film 10B protrudes from the thin film 10A in a cantilever shape through the thermal resistance portion 45. The thermal resistance part 45 has a structure in which heat conduction is difficult due to the slit 41 provided between the thin film 10A and the thin film 10B, and has thermal resistance.

また、ここでは、薄膜１０Ａに形成した温度センサ２０Ａと薄膜１０Ｂに形成した温度センサ２０Ｂとも、ダイオードサーミスタとしても良いし、サーモダイオードのように絶対温度に直線的な出力（順電圧の大きさ）が取出せるようにしても良い。また、一方をダイオードサーミスタ、他方をサーモダイオードのようにしても良い。ここでは高感度であるダイオードサーミスタとして利用した場合を例にする。更に、ヒータ２５もｐｎ接合ダイオードの順方向電流により薄膜１０を加熱するようにした場合である。ここで、ダイオードサーミスタとは、ｐｎ接合ダイオードに所定の順方向バイアス（例えば、０．５５Ｖ）を印加して固定したときの順方向電流の温度依存性を観測するもので、サーミスタと同様に、絶対温度の逆数と順方向電流の対数とが直線関係であり、高感度で絶対温度Ｔが計測できる温度センサである。なお、このダイオードサーミスタは、順方向バイアス電圧の大きさによりその温度係数が調整できるという特徴がある。もちろん、ヒータ２５として不純物拡散による半導体拡散抵抗や白金薄膜抵抗などを用いても良い。 Further, here, the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A and the temperature sensor 20B formed on the thin film 10B may be diode thermistors, or output linear to absolute temperature (the magnitude of forward voltage) like a thermodiode. May be taken out. Further, one may be a diode thermistor and the other may be a thermo diode. Here, a case where it is used as a diode thermistor having high sensitivity is taken as an example. Further, the heater 25 is also a case where the thin film 10 is heated by the forward current of the pn junction diode. Here, the diode thermistor is for observing the temperature dependence of the forward current when a predetermined forward bias (for example, 0.55 V) is applied to the pn junction diode and fixed, and like the thermistor, The reciprocal of the absolute temperature and the logarithm of the forward current have a linear relationship, and the temperature sensor can measure the absolute temperature T with high sensitivity. This diode thermistor is characterized in that its temperature coefficient can be adjusted by the magnitude of the forward bias voltage. Of course, as the heater 25, a semiconductor diffusion resistor by impurity diffusion, a platinum thin film resistor, or the like may be used.

薄膜１０を薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとの二分割すると共に、薄膜１０Ｂをカンチレバ状に飛び出した構造とする場合、上述の実施例では、薄膜１０に形成したスリット４１により熱抵抗部４５を形成し、薄膜１０Ａと薄膜１０Bとに熱抵抗を持たせて分割し、薄膜１０からカンチレバ状に飛び出した構造としたが、他の方法として、薄膜１０Ａと薄膜１０Bとは、宙に浮いた薄膜１０ではあるが、一枚ではなく、薄膜１０を切断するスリット４１を介して完全に分離した状態で近接配置してあり、薄膜１０Ａと薄膜１０Bのそれぞれを基板１からの梁１８を介して支持すると共に、薄膜１０Bは基板１からカンチレバ状に飛び出す構造とすることもできる。これらの方法の違いにより、薄膜１０Ａから薄膜１０Bへの熱伝達が、次のように異なると予想される。例えば、この熱伝導型センサを薄膜ピラニ型真空センサに適用すると、薄膜１０Ａに形成されているヒータ２５を熱したときに、前者では、真空中の気体とスリット４１の周囲の狭い梁部である熱抵抗部４５を通して熱伝達が行われるのに対して、後者では、ほとんど、真空中の気体を通して熱伝達が行われることになる。このように、後者は、真空度に極めて敏感な真空センサとなる。後者については、更に実施例５で詳述する。 In the case where the thin film 10 is divided into the thin film 10A and the thin film 10B and the thin film 10B protrudes in a cantilever shape, the thermal resistance portion 45 is formed by the slit 41 formed in the thin film 10 in the above-described embodiment. The thin film 10A and the thin film 10B are divided by giving a thermal resistance and protruded from the thin film 10 into a cantilever shape. However, as another method, the thin film 10A and the thin film 10B are thin films 10 floating in the air. However, the thin film 10A and the thin film 10B are supported in close proximity to each other through the beam 18 from the substrate 1, and are separated from each other through a slit 41 that cuts the thin film 10 instead of a single sheet. The thin film 10B can also be structured to protrude from the substrate 1 into a cantilever shape. Due to the difference in these methods, the heat transfer from the thin film 10A to the thin film 10B is expected to be different as follows. For example, when this heat conduction type sensor is applied to a thin film Pirani type vacuum sensor, when the heater 25 formed on the thin film 10A is heated, the former is a narrow beam portion around the gas and the slit 41 in the vacuum. Heat transfer is performed through the thermal resistance portion 45, whereas in the latter, heat transfer is performed through a gas in a vacuum. Thus, the latter is a vacuum sensor that is extremely sensitive to the degree of vacuum. The latter will be further described in Example 5.

図１に示した本発明の熱伝導型センサにおける基板１の加工の製作工程の概要を説明すると次のようである。基板１のSOI層１１がn 型を用いた場合、温度センサ２０Aと温度センサ２０B及びヒータ２５としてのｐn接合ダイオードは、公知の半導体微細加工技術によりｐ型拡散領域２２を熱拡散により形成し、さらに良好なオーム性接触を得るためにｎ型拡散領域２１を形成する。その後、アルミニウム（Ａl）系の金属のスパッタリング薄膜形成とフォトリソグラフィにより、電極６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂの形成、配線１１０と電極パッド７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂの形成を行う。 更に、スリット４１、４２となるべき箇所をBOX層までエッチング除去する。次に、基板１の裏面からDRIEにより空洞４０を形成して、上記スリット４１、４２の貫通も達成させる。このようにして、宙に浮いた薄膜１０がスリット４１による熱抵抗部４５を介して二分割されて薄膜１０Ａと薄膜１０Ａからカンチレバ状にと飛び出した構造の薄膜１０Ｂが形成され、また、ヒータ２５としてのｐｎ接合ダイオードと温度センサ２０Ａとしてのｐｎ接合ダイオードとが薄膜１０Ａに形成され、ｐｎ接合ダイオードの温度センサ２０Ｂが薄膜１０Ｂに形成される。これらの薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂからなる薄膜１０は、狭い梁１８で基板１から支持された構造となっている。また、真空センサに適用した場合には、薄膜１０Ｂは、真空度に応答して放熱する領域であるので、薄膜１０Ａからカンチレバのような構造にして、基板１への熱の伝達がし難い構造にしている。 The outline of the manufacturing process for processing the substrate 1 in the heat conduction type sensor of the present invention shown in FIG. 1 will be described as follows. When the SOI layer 11 of the substrate 1 uses n-type, the temperature sensor 20A, the temperature sensor 20B, and the pn junction diode as the heater 25 form the p-type diffusion region 22 by thermal diffusion using a known semiconductor microfabrication technique. Further, the n-type diffusion region 21 is formed in order to obtain a good ohmic contact. Thereafter, the formation of the electrodes 60a, 60b, 61a, 61b, 62a, 62b, the wiring 110 and the electrode pads 70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b are formed by forming a sputtering thin film of aluminum (Al) metal and photolithography. Form. Further, the portions to be the slits 41 and 42 are removed by etching up to the BOX layer. Next, a cavity 40 is formed from the back surface of the substrate 1 by DRIE, and penetration of the slits 41 and 42 is also achieved. In this way, the thin film 10 floating in the air is divided into two through the thermal resistance portion 45 by the slit 41 to form the thin film 10A and the thin film 10B having a structure protruding from the thin film 10A into a cantilever shape, and the heater 25 And a pn junction diode as the temperature sensor 20A are formed on the thin film 10A, and a temperature sensor 20B of the pn junction diode is formed on the thin film 10B. The thin film 10 including the thin film 10A and the thin film 10B has a structure that is supported from the substrate 1 by a narrow beam 18. When applied to a vacuum sensor, the thin film 10B is a region that dissipates heat in response to the degree of vacuum. Therefore, the thin film 10A has a structure like a cantilever so that it is difficult to transfer heat to the substrate 1. I have to.

また、ここでは、薄膜１０Ａと薄膜１０Bに形成してあるそれぞれの温度センサ２０Aと温度センサ２０Bとは、ｐn接合ダイオードをサーミスタのようにして用いており、更にヒータ２５としてもｐn接合ダイオードの順方向電流により加熱するようにしている。これらは同一の工程で形成できるので、好都合である。これらの温度センサ２０Aと温度センサ２０Bとの電気的な配線は、薄膜１０Ａを支えている梁１８の上の絶縁膜であるシリコン酸化膜５１に形成した配線１１０により基板１に形成した電極パッド７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂに導かれている。 Further, here, the temperature sensors 20A and 20B formed on the thin film 10A and the thin film 10B use pn junction diodes like a thermistor, and the heater 25 is also in the order of pn junction diodes. Heating is performed by directional current. These can be conveniently formed in the same process. The electrical wiring between the temperature sensor 20A and the temperature sensor 20B is an electrode pad 71a formed on the substrate 1 by the wiring 110 formed on the silicon oxide film 51 which is an insulating film on the beam 18 supporting the thin film 10A. , 71b, 72a, 72b.

図２は、本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。ここでは、上述の実施例１と同様に基板１としてSOI基板を用いて実施した場合であり、基板１からの熱分離のために宙に浮いた構造にしてある薄膜１０は、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに二分割した場合であり、薄膜１０Ｂが薄膜１０Ａから熱抵抗部４５を介してカンチレバ状に飛び出した構造になっている。上述の実施例１との違いの主体は、熱抵抗部４５は、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとの間に設けたスリット４１により括れた構造になっており、熱伝導がし難い構造にしていること、薄膜１０Ｂに形成した温度センサ２０Ｂが、温度差のみを検出する電流検出型熱電対を使用していること、SOI基板としてｐ型のSOI層１１を使用して、不純物拡散によるｎ型ＳＯＩ層とした電流検出型熱電対の一方の熱電対導体１２０aとは、ｐｎ接合による電気的分離をしていること、などである。 FIG. 2 is a schematic plan view showing another embodiment of the heat conduction type sensor of the present invention. Here, it is a case where it implemented using the SOI substrate as the board | substrate 1 similarly to the above-mentioned Example 1, The thin film 10 made into the structure suspended in the air for the thermal separation from the board | substrate 1 is thin film 10A and thin film. In this case, the thin film 10B is projected into a cantilever shape from the thin film 10A through the thermal resistance portion 45. The main difference from the first embodiment described above is that the thermal resistance portion 45 has a structure that is confined by a slit 41 provided between the thin film 10A and the thin film 10B, and has a structure in which heat conduction is difficult. The temperature sensor 20B formed on the thin film 10B uses a current detection type thermocouple that detects only a temperature difference, uses a p-type SOI layer 11 as an SOI substrate, and an n-type SOI layer by impurity diffusion The one thermocouple conductor 120a of the current detection type thermocouple described above is electrically separated by a pn junction.

電流検出型熱電対は、温度差に基づく熱起電力（ゼーベック電圧）により流れる短絡電流（短絡時のゼーベック電流）を計測するために、極めて低抵抗にする必要がある。このために、ｐ型のSOI層１１を使用して、薄膜１０Ｂの全部と、薄膜１０Ａのうち薄膜１０Ｂに近い領域の一部とに、ｎ型不純物を縮退するほど高濃度に熱拡散などで添加してｎ型拡散領域２１を形成して、熱電対の一つの導体の役割としていると共に、薄膜１０Ａに形成してあるヒータ２５や温度センサ２０Ａと電気的分離するためにｐｎ接合が形成されるようにしている。ここでは、温度センサ２０Ｂとしての電流検出型熱電対の温接点はカンチレバ上の薄膜１０Ｂの先端部に形成されたオーミック性の電極６２aであり、冷接点は薄膜１０Ａのうち薄膜１０Ｂに近く、しかも薄膜１０Ｂから連続しているｎ型拡散領域２１である。 The current detection type thermocouple needs to have an extremely low resistance in order to measure a short circuit current (Seebeck current at the time of a short circuit) that flows due to a thermoelectromotive force (Seebeck voltage) based on a temperature difference. For this purpose, the p-type SOI layer 11 is used to increase the concentration of the n-type impurity in the entire thin film 10B and a portion of the thin film 10A close to the thin film 10B so that the n-type impurity is degenerated. The n-type diffusion region 21 is added to serve as one conductor of the thermocouple, and a pn junction is formed for electrical isolation from the heater 25 and the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A. I try to do it. Here, the hot junction of the current detection type thermocouple as the temperature sensor 20B is an ohmic electrode 62a formed at the tip of the thin film 10B on the cantilever, and the cold junction is close to the thin film 10B in the thin film 10A. The n-type diffusion region 21 is continuous from the thin film 10B.

本発明の熱伝導型センサを薄膜ピラニ型真空センサとして使用した場合の動作を説明すると次のようである。宙に浮いた薄膜１０Ａに形成されているヒータ２５で、薄膜１０Ａを加熱したとき、やはり、薄膜１０Ａに形成されている温度センサ２０Ａが、ここではダイオードサーミスタとしての絶対温度センサであるので、薄膜１０Ａの絶対温度が計測できる。ヒータ２５への矩形波パルス電流で、周囲温度よりも高い温度、例えば１００℃になるように加熱する。このとき薄膜１０Ｂに形成されている温度センサ２０Ｂの温度は、周囲気体の圧力、すなわち真空度に依存して熱が奪われるので、温度センサ２０Ａの１００℃より小さな温度となる。しかし、薄膜１０Ｂは、薄膜１０Ａからカンチレバ状に飛び出した構造であること、さらに、１００℃程度では、輻射による熱放射は極めて小さいので、高真空度の下では、温度センサ２０Ａの温度と温度センサ２０Ｂの温度とは、ほぼ等しい温度となる。すなわち、高真空度では、温度センサ２０Ａの温度と温度センサ２０Ｂの温度差は、ほぼゼロとなる。また、温度センサ２０Ｂとして、薄膜１０Ａを基準とした温度差のみ計測する電流検出型熱電対を使用しており、ゼロ基準法が適用できるので、特に高真空度において高精度に真空度が計測できる。 The operation when the heat conduction type sensor of the present invention is used as a thin film Pirani type vacuum sensor will be described as follows. When the thin film 10A is heated by the heater 25 formed on the thin film 10A floating in the air, the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A is also an absolute temperature sensor as a diode thermistor here. An absolute temperature of 10A can be measured. A rectangular wave pulse current to the heater 25 is heated to a temperature higher than the ambient temperature, for example, 100 ° C. At this time, since the temperature of the temperature sensor 20B formed on the thin film 10B is deprived of heat depending on the pressure of the surrounding gas, that is, the degree of vacuum, the temperature is lower than 100 ° C. of the temperature sensor 20A. However, the thin film 10B has a structure protruding from the thin film 10A in a cantilever shape. Further, since the thermal radiation due to radiation is extremely small at about 100 ° C., the temperature and the temperature sensor of the temperature sensor 20A under a high degree of vacuum. The temperature of 20B is substantially equal. That is, at a high degree of vacuum, the temperature difference between the temperature sensor 20A and the temperature sensor 20B is almost zero. Further, as the temperature sensor 20B, a current detection type thermocouple that measures only a temperature difference with respect to the thin film 10A is used, and the zero reference method can be applied, so that the degree of vacuum can be measured with high accuracy, particularly at a high degree of vacuum. .

なお、温度センサ２０Ｂとしての電流検出型熱電対における基板1への二本の配線１１０は、薄膜１０Ａのうちの等しい温度として認められる熱抵抗部４５に近い部分から同一の金属材料を用いて分岐するようにすると良い。ここでの実施例では、電流検出型熱電対の一方の熱電導体１２０aである高濃度のｎ型拡散領域２１からオーム性接触となる電極６２ｂからの配線１１０を、他方の熱電導体１２０ｂと同一の材料であるニッケル（Ｎｉ）を用いている。Ｎｉはシリコンの異方性エッチング時に使用するヒドラジンに耐久性があること、また、ｎ型半導体と逆符号のゼーベック係数であることにより使用された。しかし、ｎ型半導体のゼーベック係数が、Ｎｉのゼーベック係数より桁違いに大きいので、ｎ型半導体のゼーベック係数と同一符号であるアルミニウム（Ａｌ）を使用してもそれほど変わらない。ヒドラジンなどの異方性エッチャントを用いずＤＲＩＥによる薄膜１０の形成では、アルミニウム（Ａｌ）を使用しても差し支えない。ＡｌはＩＣ技術では、配線材料として多く利用されているので、集積化の目的では、配線１１０をアルミニウム（Ａｌ）としても良い。 Note that the two wirings 110 to the substrate 1 in the current detection type thermocouple as the temperature sensor 20B are branched using the same metal material from a portion of the thin film 10A close to the thermal resistance portion 45 recognized as an equal temperature. It is good to do. In this embodiment, the wiring 110 from the electrode 62b that is in ohmic contact with the high-concentration n-type diffusion region 21, which is one thermoconductor 120a of the current detection type thermocouple, is the same as the other thermoconductor 120b. The material nickel (Ni) is used. Ni was used because hydrazine used at the time of anisotropic etching of silicon is durable and has a Seebeck coefficient opposite to that of an n-type semiconductor. However, since the Seebeck coefficient of the n-type semiconductor is an order of magnitude larger than that of Ni, even if aluminum (Al) having the same sign as the Seebeck coefficient of the n-type semiconductor is used, it does not change so much. In forming the thin film 10 by DRIE without using an anisotropic etchant such as hydrazine, aluminum (Al) may be used. Since Al is widely used as a wiring material in IC technology, the wiring 110 may be aluminum (Al) for the purpose of integration.

上述では、薄膜１０Ａの温度を１００℃一定に維持して、薄膜ピラニ型真空センサとして、実施する場合を述べたが、薄膜１０は、極めて熱容量が小さいので、その熱時定数が例えば、２０ミリ秒程度となる。このような薄膜１０を用いているので、ヒータ２５に流す電流も５０ミリ秒程度の矩形波パルスでも充分応答する。したがって、一般に周囲温度の変化は緩慢なので、このような短いパルス電流で周期的に薄膜１０Ａの温度を例えば、１００℃一定と８０℃一定になるような異なる二つの温度に設定して、ヒータ２５をパルス加熱駆動する。そして薄膜１０Ａがそれぞれの温度になったときの薄膜１０Ｂの温度のデータを利用して、周囲温度の効果を差し引くようにして除去することにより、周囲温度に無関係に真空度のみを測定するようにできる。温度差を求めることになるので、温度センサ２０Ｂとして、本質的に温度差のみ検出する温度差検出温度センサ、特に電流検出型熱電対が最適である。 In the above description, the thin film Pirani-type vacuum sensor is implemented by keeping the temperature of the thin film 10A constant at 100 ° C. However, since the thin film 10 has a very small heat capacity, its thermal time constant is, for example, 20 mm. It will be about seconds. Since such a thin film 10 is used, even a current flowing through the heater 25 responds sufficiently even to a rectangular wave pulse of about 50 milliseconds. Accordingly, since the change in the ambient temperature is generally slow, the temperature of the thin film 10A is periodically set to two different temperatures, for example, constant at 100 ° C. and constant at 80 ° C. with such a short pulse current, and the heater 25 Is driven by pulse heating. Then, by using the temperature data of the thin film 10B when the thin film 10A reaches the respective temperatures and removing it by subtracting the effect of the ambient temperature, only the degree of vacuum is measured regardless of the ambient temperature. it can. Since the temperature difference is obtained, a temperature difference detection temperature sensor that detects only the temperature difference, particularly a current detection type thermocouple, is optimal as the temperature sensor 20B.

図３は、本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。上述の実施例２に記述した場合の図２との大きな違いは、薄膜１０Ｂを薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとに二分割してあり、同等の形状にしてある点、また、それぞれに形成した温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂｂとは、図２と同様に電流検出型熱電対であるが、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとの温度差が直接計測できるように直列接続している点である。このようにして、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂのそれぞれに形成した温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂｂとを、種々の物理量の計測において、熱に関してゼロ基準法が適用できるようにしている。 FIG. 3 is a schematic plan view showing another embodiment of the heat conduction type sensor of the present invention. The major difference from FIG. 2 described in the second embodiment is that the thin film 10B is divided into the thin film 10Ba and the thin film 10Bb, which have the same shape, and the temperature sensors formed respectively. 20Ba and the temperature sensor 20Bb are current detection type thermocouples as in FIG. 2, but are connected in series so that the temperature difference between the thin film 10Ba and the thin film 10Bb can be directly measured. In this way, the temperature sensor 20Ba and the temperature sensor 20Bb formed on each of the thin film 10Ba and the thin film 10Bb can be applied with the zero reference method for heat in measurement of various physical quantities.

ここには図示していないが、電流検出型熱電対である温度センサ２０Ｂaと温度センサ２０Ｂｂとは、図３のように直列接続せずに、それぞれから配線１１０を引き出し、並列接続して、これらの短絡電流がＯＰアンプとの組み合わせで互いに差し引かれるように構成をして、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとの温度差が直接計測できるようにすることもできる。 Although not shown here, the temperature sensor 20Ba and the temperature sensor 20Bb, which are current detection type thermocouples, are not connected in series as shown in FIG. The short circuit currents of the thin film 10Ba and the thin film 10Bb can be directly measured so that the short circuit currents of the thin film 10Ba and the thin film 10Bb can be directly measured.

また、ここには図示していないが、本発明の熱伝導型センサを気流センサに適用する場合、基板１に形成された薄膜１０には直接接触しないように空隙を設けて、基板１を二枚の蓋でサンドイッチするように張り合わせて使用する。そして二枚の蓋に、例えば、薄膜１０Ｂaの箇所に対応する位置に、穴を開けて、被測定気流がこの穴を通して薄膜１０Ｂaにのみ当たるようにして、気流センサを構成することができる。この場合、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとの隙間に当たるスリット４２の箇所に二枚の蓋のうち少なくともどちらかから延びた隔壁で、気流の流れを一方の薄膜１０Ｂaのみに当たり、薄膜１０Ｂｂにはこの隔壁のために当たらないようにする。 Although not shown here, when the heat conduction sensor of the present invention is applied to an airflow sensor, a gap is provided so that the thin film 10 formed on the substrate 1 is not in direct contact with the substrate 1 and the substrate 1 is fixed. It is used as a sandwich with a lid of sheets. Then, for example, a hole sensor is formed in the two lids at a position corresponding to the location of the thin film 10Ba so that the air flow to be measured only hits the thin film 10Ba through the hole. In this case, a partition extending from at least one of the two lids at the position of the slit 42 corresponding to the gap between the thin film 10Ba and the thin film 10Bb, the airflow hits only one thin film 10Ba, and the thin film 10Bb Do n’t hit it.

図４は、本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図の部分拡大図である。本実施例４の図４において、前述の図３との大きな違いは、薄膜１０のうち、薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとに二分割してある薄膜１０Ｂを中心に、薄膜１０Ａとの接合部付近を部分的に拡大してあること、薄膜１０Ａからカンチレバ状に飛び出した構造の薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂとを形成してあるが、これらの薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂの先端部の先には基板１が存在しないように、基板１の一部がエッチング除去した構造であり、文字通りカンチレバ状の薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂが基板１から飛び出した構造にしていること、更に、薄膜１０Ｂの一方の薄膜１０Ｂaには、被検出ガスや液体などの物質に反応して発熱や吸熱を生じる感応物質２１０を例えば薄膜状に形成し、他方の薄膜１０Ｂｂには、感応物質２１０を形成した薄膜１０Ｂaと同一の質量になるように被検出ガスや液体には反応しない物質であるバランス膜２２０を形成して、ヒートサイクルに対して被検出ガスや液体がないときにはほぼ等しい温度となり、ゼロ基準法が適用できるようにした点である。 FIG. 4 is a partially enlarged view of a schematic plan view showing another embodiment of the heat conduction type sensor of the present invention. In FIG. 4 of the fourth embodiment, the major difference from FIG. 3 described above is that the thin film 10 is divided into the thin film 10Ba and the thin film 10Bb and the vicinity of the junction with the thin film 10A is the center. The thin film 10Ba and the thin film 10Bb having a structure that protrudes in a cantilever shape from the thin film 10A are formed partially. The substrate 1 exists at the tip of the thin film 10Ba and the thin film 10Bb. In order to avoid this, a part of the substrate 1 is removed by etching, literally a cantilever-like thin film 10Ba and a thin film 10Bb protrude from the substrate 1, and one thin film 10Ba of the thin film 10B includes: A sensitive material 210 that generates heat or absorbs heat in response to a substance such as a gas to be detected or a liquid is formed in a thin film, for example, and the other thin film 10Bb is a thin film in which the sensitive material 210 is formed. A balance film 220, which is a substance that does not react with the gas or liquid to be detected so as to have the same mass as 0Ba, is formed, and when there is no gas or liquid to be detected with respect to the heat cycle, the temperature becomes substantially equal. This is the point that can be applied.

感応物質２１０として、例えば、グルコースオキシダーゼという酵素を薄膜状に固定形成すると、これはグルコースに選択的に反応し、４０℃程度の温度の下で酸化される。このときの発熱反応を利用して、血糖値や、尿や汗などの体液からの糖の検出などに適用することができる。 When, for example, an enzyme called glucose oxidase is fixed in a thin film as the sensitive substance 210, it reacts selectively with glucose and is oxidized at a temperature of about 40 ° C. The exothermic reaction at this time can be used to detect blood sugar levels and sugar from body fluids such as urine and sweat.

感応物質２１０として、他の被検出ガスや被検出液体などに選択性のある物質を採用するとガスセンサや液体の濃度センサとして利用できる。 If a substance having selectivity for other gas to be detected or liquid to be detected is employed as the sensitive substance 210, it can be used as a gas sensor or a liquid concentration sensor.

また、感応物質２１０やバランス膜２２０を用いなくとも、カンチレバ状の薄膜１０Ｂaと薄膜１０Ｂｂが基板１から飛び出した構造と蓋との組み合わせにより、被検出ガスや液体にカンチレバ状の一方の薄膜１０Ｂaだけを容易に晒すような構造にする事ができる。 Even if the sensitive substance 210 and the balance film 220 are not used, the cantilever-like thin film 10Ba and the thin film 10Bb protrude from the substrate 1 and the combination of the lid and the gas or liquid to be detected only one cantilever-like thin film 10Ba. The structure can be easily exposed.

図５は、本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。これは、上述の実施例２における図２に示した場合との大きな違いは、薄膜１０を薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに二分割するに当たり、熱抵抗を持たせるためのスリット４１を拡大し、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂを完全に空間的に分離した形として熱抵抗部４５を実現したこと、薄膜１０Ｂの支持を基板１とし、カンチレバ状に基板１から飛び出した薄膜１０Ｂをスリット４２により熱抵抗部４５をここにも形成して基板１への熱伝導を困難にさせたこと、更に、基板１の絶対温度を計測するために、基板１にも絶対温度センサとしての温度センサ２０Ｃを形成したことである。温度センサ２０Ｃとして、温度センサ２０Ａやヒータ２５と同一工程で作製できるｐｎ接合ダイオードとしてある。本実施例では、薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂを完全に分離した形なので、加熱された薄膜１０Ａからの熱を周囲の気体や液体を介して薄膜１０Ｂに熱伝達されることになる。例えば、薄膜ピラニ型真空センサとして実施した場合には、高真空では、加熱された薄膜１０Ａから薄膜１０Ｂへの熱伝達がほとんど行われないので、薄膜１０Ｂの温度は基板１の温度にほぼ等しくなり、本実施例では、温度センサ２０Ｂを温度差センサ、特に、電流検出型熱電対としているので、基板１の温度を基準としたゼロ基準法が適用できる。高精度で高感度の薄膜ピラニ型真空センサが提供できる。 FIG. 5 is a schematic plan view showing another embodiment of the heat conduction type sensor of the present invention. This is largely different from the case shown in FIG. 2 in the second embodiment described above. In dividing the thin film 10 into the thin film 10A and the thin film 10B, the slit 41 for giving thermal resistance is enlarged, and the thin film 10A and the thin film 10B are completely separated spatially, and the thermal resistance unit 45 is realized. The support of the thin film 10B is the substrate 1, and the thin film 10B protruding from the substrate 1 in a cantilever shape is slit through the thermal resistance unit 45. Is also formed here to make it difficult to conduct heat to the substrate 1, and in order to measure the absolute temperature of the substrate 1, a temperature sensor 20C as an absolute temperature sensor is also formed on the substrate 1. is there. The temperature sensor 20C is a pn junction diode that can be manufactured in the same process as the temperature sensor 20A and the heater 25. In this embodiment, since the thin film 10A and the thin film 10B are completely separated, the heat from the heated thin film 10A is transferred to the thin film 10B through the surrounding gas or liquid. For example, when implemented as a thin film Pirani type vacuum sensor, heat transfer from the heated thin film 10A to the thin film 10B is hardly performed in a high vacuum, so that the temperature of the thin film 10B is substantially equal to the temperature of the substrate 1. In this embodiment, since the temperature sensor 20B is a temperature difference sensor, particularly a current detection type thermocouple, a zero reference method based on the temperature of the substrate 1 can be applied. A highly accurate and highly sensitive thin film Pirani type vacuum sensor can be provided.

実施例２の図２に示す熱伝導型センサを用いて、このヒータ２５としてのｐｎ接合ダイオード２３に所定の一定電力となるように順方向印加電圧Vと順方向電流Iとを制御する場合を示す。ｐｎ接合ダイオード２３の順方向電圧が０．７V以上であれば、順方向電圧が余り変化しなくとも流れる電流は大きく変化するので、ほぼ定電流回路を用いて電流Iを制御することになる。例えば、１．０Vの順方向電圧Vを加えたときに電流I＝１００mＡ流れたとすると、消費電力Ｐは１００ｍWとなる。実験では、このP＝１００ｍWの電力供給で約200℃の温度上昇ΔTが達成された。このとき、薄膜１０の温度上昇ΔTや温度センサ２０Bが搭載されている薄膜１０Bの温度上昇ΔTは、熱伝導型センサを真空センサとして用いた場合、真空度が同一であれば、周囲温度に拘わらずそれぞれ一定であった。もちろん、被測定物理量として真空度とすれば、その真空度に応じて薄膜から周囲の真空ガスへの熱コンダクタンスGが変化するので、薄膜１０の温度が変化し、特に温度センサ２０Bが搭載されているヒータ２５から熱抵抗を有する薄膜１０Bの温度変化が大きくなる。 A case where the forward applied voltage V and the forward current I are controlled to a predetermined constant power in the pn junction diode 23 as the heater 25 using the heat conduction type sensor shown in FIG. Show. If the forward voltage of the pn junction diode 23 is 0.7 V or more, the flowing current changes greatly even if the forward voltage does not change much, so that the current I is controlled almost using a constant current circuit. For example, if a current I = 100 mA flows when a forward voltage V of 1.0 V is applied, the power consumption P is 100 mW. In the experiment, a temperature increase ΔT of about 200 ° C. was achieved with this power supply of P = 100 mW. At this time, the temperature rise ΔT of the thin film 10 and the temperature rise ΔT of the thin film 10B on which the temperature sensor 20B is mounted are related to the ambient temperature if the heat conduction type sensor is used as a vacuum sensor and the degree of vacuum is the same. Each was constant. Of course, when the degree of vacuum is the physical quantity to be measured, the thermal conductance G from the thin film to the surrounding vacuum gas changes according to the degree of vacuum, so the temperature of the thin film 10 changes, and in particular, the temperature sensor 20B is mounted. The temperature change of the thin film 10B having thermal resistance increases from the heater 25.

図２に示す熱伝導型センサでは、薄膜１０Bに形成されている温度センサ２０Bが熱電対であるので、薄膜１０Aを基準にした薄膜１０Bの温度差が検出される。したがって、温度センサ２０Bの出力は、薄膜１０Aを基準にした薄膜１０Bの温度差に関する情報である。この薄膜１０Bの薄膜１０Aとの温度差は、薄膜１０Bが薄膜１０Aからカンチレバ状に飛び出した構造であるので、極めて高真空ではゼロになる。真空度が低下すると真空中のガスへの熱伝導により熱コンダクタンスGが大きくなるので、薄膜１０Bの温度が下がり、薄膜１０Bの薄膜１０Aとの温度差は大きくなる。ヒータ２５への一定電力Pを供給しているときのこの温度差を温度センサ２０Bで計測して、この出力データを利用して、真空度に対する校正曲線を作成すれば、温度センサ２０Bの出力を利用した周囲温度に依らない真空度の計測ができる。 In the heat conduction type sensor shown in FIG. 2, since the temperature sensor 20B formed on the thin film 10B is a thermocouple, the temperature difference of the thin film 10B with respect to the thin film 10A is detected. Therefore, the output of the temperature sensor 20B is information on the temperature difference of the thin film 10B with respect to the thin film 10A. The temperature difference between the thin film 10B and the thin film 10A is a structure in which the thin film 10B protrudes from the thin film 10A in a cantilever shape, and is therefore zero in an extremely high vacuum. When the degree of vacuum decreases, the thermal conductance G increases due to heat conduction to the gas in the vacuum, so the temperature of the thin film 10B decreases and the temperature difference between the thin film 10B and the thin film 10A increases. If this temperature difference when the constant power P is supplied to the heater 25 is measured by the temperature sensor 20B and a calibration curve for the degree of vacuum is created using this output data, the output of the temperature sensor 20B can be obtained. Can measure the degree of vacuum independent of the ambient temperature used.

上述では、薄膜１０Bに形成されている温度センサ２０Bが熱電対である場合であったが、温度センサ２０Bとして図1に示すようにダイオードサーミスタを用い、絶対温度を計測しても良い。この場合、ダイオードサーミスタは、絶対温度センサであるので、ヒータ２５への一定電力Pを供給しているときの薄膜１０Bの温度上昇分ΔTが計測できない。温度上昇分ΔTを計測するために、ヒータ２５への一定電力Pを供給していないときの薄膜１０Bの温度をダイオードサーミスタである温度センサ２０Bで計測しておくと良い。真空度を計測する場合で、例えば、時々刻々真空度が変化したり、周囲温度が変化したりする場合には、ヒータ２５への一定電力Pを供給していないときの薄膜１０Bの温度計測とヒータ２５への一定電力Pを供給しているときの温度計測とを交互に、しかも真空度や周囲温度の変化が無視できる程度の短時間に温度センサ２０Bを用いて計測を終了するようにすると良い。幸い本発明の熱伝導型センサは、宙に浮いた微小の薄膜１０を用いているので、熱応答速度も10ミリ秒程度であるから好都合である。これらの温度上昇分ΔTに関するデータと真空度との関係に関する校正曲線を作成しておき、これを利用して真空度を計測すると良い。 In the above description, the temperature sensor 20B formed on the thin film 10B is a thermocouple. However, as shown in FIG. 1, the absolute temperature may be measured using a diode thermistor as the temperature sensor 20B. In this case, since the diode thermistor is an absolute temperature sensor, the temperature rise ΔT of the thin film 10B when the constant power P is supplied to the heater 25 cannot be measured. In order to measure the temperature rise ΔT, the temperature of the thin film 10B when the constant power P is not supplied to the heater 25 may be measured by the temperature sensor 20B that is a diode thermistor. In the case of measuring the degree of vacuum, for example, when the degree of vacuum changes every moment or the ambient temperature changes, the temperature measurement of the thin film 10B when the constant power P is not supplied to the heater 25 is performed. If the temperature measurement when the constant power P is supplied to the heater 25 is alternately performed and the measurement is finished using the temperature sensor 20B in such a short time that the change in the degree of vacuum or the ambient temperature is negligible. good. Fortunately, the heat conduction type sensor of the present invention uses a small thin film 10 that floats in the air, which is advantageous because the thermal response speed is about 10 milliseconds. It is preferable to prepare a calibration curve regarding the relationship between the temperature rise ΔT and the degree of vacuum, and use this to measure the degree of vacuum.

また、上述の実施例における図1や図２に示す熱伝導型センサのヒータ２５に、一定の電力供給を行う場合には、薄膜１０の周囲への熱コンダクタンスGが一定であれば周囲温度に関係なく、温度上昇分ΔTが一定になるので、必ずしも、薄膜１０Aに形成されている温度センサ２０Aが不必要である。すなわち、図示しないが、薄膜１０Aにはヒータ２５だけを作成し、薄膜１０Bに温度センサ２０Bを形成しておくだけで良いし、更には、薄膜１０を二分割せずに、薄膜１０にヒータ２５と温度センサ２０を形成するだけでも良い。もちろん、この場合、ヒータ２５と温度センサ２０とを兼用にすることもできる。 Further, in the case where constant power is supplied to the heater 25 of the heat conduction type sensor shown in FIGS. 1 and 2 in the above-described embodiment, if the thermal conductance G to the periphery of the thin film 10 is constant, the ambient temperature is reached. Regardless, since the temperature rise ΔT is constant, the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A is not necessarily required. That is, although not shown, only the heater 25 is formed on the thin film 10A and the temperature sensor 20B is formed on the thin film 10B. Furthermore, the thin film 10 is not divided into two, and the heater 25 is formed on the thin film 10. Alternatively, the temperature sensor 20 may be formed. Of course, in this case, the heater 25 and the temperature sensor 20 can also be used.

図６には、本発明の熱伝導型計測装置のセンシングデバイスである本発明の熱伝導型センサに関して、実施例２の図２における薄膜１０Aに形成された温度センサ２０Aを、温度差センサである電流検出型熱電対とした場合を示している。冷接点としての基板１に電極７１aと電極７１ｂを形成している。温接点として薄膜１０Aにオーム性の電極６１aが形成されており、そこではニッケルやクロムなどの熱電対導体１２０bと他の熱電対導体１２０aとしての高濃度のｎ型拡散領域２１の薄膜半導体（SOI層を利用）が接合している。この電流検出型熱電対としての温度センサ２０Aの構造は、ほぼ、実施例２における電流検出型熱電対としての温度センサ２０Bと同様であるので、詳細は省略する。 FIG. 6 shows the temperature sensor 20A formed on the thin film 10A in FIG. 2 of the second embodiment as a temperature difference sensor with respect to the heat conduction type sensor of the present invention which is a sensing device of the heat conduction type measuring device of the present invention. The case where it is set as the current detection type thermocouple is shown. Electrodes 71a and 71b are formed on the substrate 1 as a cold junction. An ohmic electrode 61a is formed on the thin film 10A as a hot junction, where a thermocouple conductor 120b such as nickel or chromium and a thin film semiconductor (SOI) of a high concentration n-type diffusion region 21 as another thermocouple conductor 120a. Use layer). Since the structure of the temperature sensor 20A as the current detection type thermocouple is substantially the same as that of the temperature sensor 20B as the current detection type thermocouple in the second embodiment, the details are omitted.

薄膜ピラニ型真空センサ（ピラニ真空センサ）として適用した場合、基板１を周囲温度とほぼ等しくなるように真空チャンバなどと熱接触を良好にしておき、公知の掛け算回路を用いるなどして、ヒータ２５に所定の一定電力の供給をすると、ヒータ２５と温度センサ２０Aが形成されている薄膜１０Aの温度は、薄膜１０Aを基板１から支持している梁１８を通しての基板１への熱伝導の熱コンダクタンスGｂと真空中のガスへの熱伝導の熱コンダクタンスGaとで決まる温度上昇ΔTが定まる。熱コンダクタンスGｂは一度真空センサが製作されると構造のみによるので、既知の一定値となる。極めて高真空の場合は、熱コンダクタンスGaはゼロと考えることができるので、このときの温度上昇ΔT＝ΔT０は一定値となる。真空度が低下するように変化したときは、温度上昇ΔT＝ΔT０より小さな温度上昇となる。このときのΔT＝ΔT０からの温度変化分を計測することにより真空度を校正曲線も用いて計測する。 When applied as a thin film Pirani type vacuum sensor (Pirani vacuum sensor), the heater 25 is kept in good thermal contact with a vacuum chamber or the like so that the substrate 1 is substantially equal to the ambient temperature, and a known multiplication circuit is used. When a predetermined constant power is supplied to the thin film 10A, the temperature of the thin film 10A on which the heater 25 and the temperature sensor 20A are formed is equal to the thermal conductance of heat conduction to the substrate 1 through the beam 18 supporting the thin film 10A from the substrate 1. A temperature rise ΔT determined by Gb and the thermal conductance Ga of heat conduction to the gas in the vacuum is determined. The thermal conductance Gb is a known constant value because it depends only on the structure once the vacuum sensor is manufactured. In the case of an extremely high vacuum, the thermal conductance Ga can be considered to be zero, and the temperature rise ΔT = ΔT 0 at this time is a constant value. When the degree of vacuum changes so as to decrease, the temperature rise becomes smaller than the temperature rise ΔT = ΔT 0 . The degree of vacuum is measured using the calibration curve by measuring the temperature change from ΔT = ΔT 0 at this time.

上述の実施例７では、図６において、ヒータ２５に所定の一定電力を供給する場合であったが、本実施例は、薄膜１０Aの温度が、周囲温度から所定の一定の温度上昇分だけ昇温するように、温度差センサである電流検出型熱電対を温度センサ２０Bとして用いて、ヒータ２５を制御すると共に、このときのヒータ２５への供給電力または、ヒータ２５への供給電圧や電流である計測出力を利用して真空度などの被測定物理量を計測する場合である。温度センサ２０Bは、必ずしも温度差センサである必要がないが、温度差を検出したいので、温度差センサが好適である。なお、温度差センサとしては、サーモパイルや熱電対でも良い。また、周囲温度の基準として、薄膜１０Aが形成してある基板１が最適である。 In the seventh embodiment described above, a predetermined constant power is supplied to the heater 25 in FIG. 6, but in this embodiment, the temperature of the thin film 10A is increased from the ambient temperature by a predetermined constant temperature increase. The heater 25 is controlled by using a current detection type thermocouple, which is a temperature difference sensor, as the temperature sensor 20B so that the heater 25 is heated, and the supply power to the heater 25 or the supply voltage or current to the heater 25 at this time is used. This is a case where a physical quantity to be measured such as a degree of vacuum is measured using a certain measurement output. The temperature sensor 20B does not necessarily need to be a temperature difference sensor, but a temperature difference sensor is suitable because it is desired to detect the temperature difference. The temperature difference sensor may be a thermopile or a thermocouple. Further, the substrate 1 on which the thin film 10A is formed is optimal as a reference for the ambient temperature.

上述の実施例では、図２や図６に示す熱伝導型センサを用いて、このヒータ２５としてのｐｎ接合ダイオード２３に所定の一定電力となるように順方向印加電圧Vと順方向電流Iとを制御したり、周囲温度から所定の一定の温度上昇分だけ昇温するように、制御する場合を示したが、ここでは、所定の一定順方向電圧を印加して、薄膜ピラニ型真空センサなどとしての熱伝導型計測装置を実現する場合を示す。ｐｎ接合ダイオード２３であるヒータ２５に、例えば、１．４０Ｖの電圧と１．２５Ｖの順方向電圧を印加すると、消費電力Ｐは、実験によると、それぞれ、１２５ｍＷと７５ｍＷになり、それぞれ１気圧中の大気中では、約１２０℃と７０℃程度になる。しかし、真空中では、ヒータ２５からの周囲気体への熱放散が少なくなるので、５℃程度の温度上昇が得られる。この温度上昇分は、高真空であればあるほど大きくなり、特に、熱放散が少なくなるので、高温になるが、最終的には薄膜１０を支持している梁１８による基板１への熱伝導により決まる。また、ｐｎ接合ダイオード２３であるヒータ２５が負の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有しているので、それぞれ一定の電圧である１．４０Ｖの電圧と１．２５Ｖの順方向電圧を保持すると、高真空である程高温になり、それだけヒータ電流が多く流れて、更に高温になると言う熱増幅作用が生じる。しかし、やはり周囲温度（ほとんど基板１の温度）との温度差が大きくなるので、ある程度の温度上昇で落ち着く。この温度上昇分は、高真空ほど大きく、真空度に依存するので、特に、感度が小さくなってしまう高真空側での感度の増大が期待できる。もちろん、この温度上昇分は、温度センサ２０や温度センサ２０Ｂで計測する。 In the above-described embodiment, the forward applied voltage V and the forward current I are applied to the pn junction diode 23 as the heater 25 so as to have a predetermined constant power using the heat conduction type sensor shown in FIGS. In this example, a thin film Pirani-type vacuum sensor or the like is applied by applying a predetermined constant forward voltage. The case where a heat conduction type measuring device is realized is shown. For example, when a voltage of 1.40 V and a forward voltage of 1.25 V are applied to the heater 25 that is the pn junction diode 23, the power consumption P is 125 mW and 75 mW, respectively, and is 1 atmosphere, respectively, according to the experiment. In the atmosphere, the temperature is about 120 ° C and 70 ° C. However, since the heat dissipation from the heater 25 to the surrounding gas is reduced in a vacuum, a temperature increase of about 5 ° C. can be obtained. This temperature rise becomes larger as the vacuum is higher, and in particular, heat dissipation is reduced, so that the temperature rises. However, finally, heat conduction to the substrate 1 by the beam 18 supporting the thin film 10 is performed. It depends on. Further, since the heater 25 which is a pn junction diode 23 has a negative resistance temperature coefficient (TCR), when holding a constant voltage of 1.40V and a forward voltage of 1.25V, respectively, The higher the vacuum, the higher the temperature, the more heater current flows, and the higher the temperature, the higher the heat amplification effect. However, since the temperature difference from the ambient temperature (almost the temperature of the substrate 1) is still large, the temperature settles to some extent. This temperature rise is larger as the vacuum is higher, and depends on the degree of vacuum. Therefore, an increase in sensitivity on the high vacuum side where sensitivity is particularly low can be expected. Of course, this temperature rise is measured by the temperature sensor 20 or the temperature sensor 20B.

ヒータ２５に、それぞれ一定の電圧である二つの異なる電圧、１．４０Ｖの電圧と１．２５Ｖの順方向電圧を、例えば、矩形パルスで印加し、その保持時間を薄膜１０の熱時定数より大きくしておき、更に、これらの二つの異なる電圧を印加する時間間隔を周囲温度の変化が無視できる程度に短くする。そして、これらの出力の差を求めれば、周囲温度の効果を差し引き、除去することができるので、このときの真空度などの物理情報を周囲温度に無関係に得ることができる。この場合、一定温度になるように温度制御をしなくて済むので、ＳＮの大きい計測ができる。 Two different voltages, 1.40V and 1.25V, are applied to the heater 25 by a rectangular pulse, for example, and the holding time is larger than the thermal time constant of the thin film 10. Furthermore, the time interval for applying these two different voltages is shortened to such an extent that the change in ambient temperature can be ignored. If the difference between these outputs is obtained, the effect of the ambient temperature can be subtracted and removed, so that physical information such as the degree of vacuum at this time can be obtained regardless of the ambient temperature. In this case, since it is not necessary to control the temperature so that the temperature is constant, measurement with a large SN can be performed.

上述の実施例では、本発明の熱伝導型センサの薄膜１０を薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに分割してある場合を例にしたが、ヒータへの電力供給を一定にしたり、所定の一定電圧や一定電流を供給して加熱した場合は、必ずしも、薄膜１０を分割せずに、カンチレバの先端付近に温度センサ２０を１個形成し、ヒータ２５の温度を専用に計測するための温度センサ（上述では、温度センサＡ）は、必ずしも必要としない。すなわち、薄膜１０には、１個のヒータ２５と１個の温度センサ２０だけで済む。 In the above-described embodiment, the thin film 10 of the heat conduction type sensor of the present invention is divided into the thin film 10A and the thin film 10B . However, the power supply to the heater is made constant, a predetermined constant voltage, When heated by supplying a constant current, the thin film 10 is not necessarily divided, and one temperature sensor 20 is formed in the vicinity of the tip of the cantilever, and a temperature sensor for measuring the temperature of the heater 25 exclusively (described above) The temperature sensor A) is not necessarily required. That is, the thin film 10 only needs one heater 25 and one temperature sensor 20.

また、上述では、本発明の熱伝導型センサの薄膜１０を薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂとに分割してある場合、ヒータ２５と温度センサＡとの配置において、温度センサＡと温度センサＢとが接近してあり、ヒータ２５が温度センサＢから離れている場合の実施例の図面にしてある。しかし、ここでは図示しないが、ヒータ２５と温度センサＡとの位置関係が逆の配置、すなわち、ヒータ２５が温度センサＢに近い方に配置する形でも良い。この方が、むしろ、カンチレバの部分に形成してある温度センサＢの根元の温度がヒータ２５により固定されやすいので、周囲温度の補正において有利であることが多い。
In the above description, when the thin film 10 of the heat conduction type sensor of the present invention is divided into the thin film 10A and the thin film 10B , the temperature sensor A and the temperature sensor B are close to each other in the arrangement of the heater 25 and the temperature sensor A. In the drawings, the heater 25 is separated from the temperature sensor B. However, although not shown here, an arrangement in which the positional relationship between the heater 25 and the temperature sensor A is reversed, that is, the heater 25 may be arranged closer to the temperature sensor B. Rather, the temperature at the base of the temperature sensor B formed in the cantilever portion is more likely to be fixed by the heater 25, so that it is often advantageous in correcting the ambient temperature.

図７には、本発明の熱伝導型計測装置のブロック概略図を示している。適用目的により異なるが、そこには、少なくとも、上述の本発明の熱伝導型センサや他の回路に電力を供給するための電源回路、熱伝導型センサからの出力を利用して真空度などの物理量を求める演算回路、熱伝導型センサの駆動のための制御回路を有しており、ここでは、更に、真空度などの物理量を表示する表示部も備えた場合を示している。 In FIG. 7, the block schematic diagram of the heat conduction type measuring device of the present invention is shown. Although it depends on the application purpose, there are at least a power supply circuit for supplying power to the above-described heat-conducting sensor of the present invention and other circuits, and a degree of vacuum using the output from the heat-conducting sensor. An arithmetic circuit for obtaining a physical quantity and a control circuit for driving a heat conduction type sensor are provided, and here, a case where a display unit for displaying a physical quantity such as a degree of vacuum is further provided.

長時間ヒータ２５を加熱しているとシリコンの基板１やここには図示しないが、基板１をサンドイッチにして接合する二枚の蓋（必要に応じて通気用の多くのスリットを形成しておく）も加熱されて温度上昇してしまい測定に誤差が生じやすいこと、低消費電力化のためにも、薄膜１０の熱時定数程度の短い時間のヒータ加熱となるように、矩形波パルス電流によるヒータ加熱の駆動にした方が良い。 If the heater 25 is heated for a long time, the silicon substrate 1 and two lids for bonding the substrate 1 as a sandwich (not shown) (a number of slits for ventilation are formed if necessary) ) Also increases the temperature due to heating, and errors are likely to occur in the measurement, and in order to reduce the power consumption, the rectangular wave pulse current is used so that the heater can be heated for a short time of about the thermal time constant of the thin film 10. It is better to drive the heater.

薄膜ピラニ型真空計に適用した場合には、本発明の熱伝導型センサを用いて、薄膜１０Ａの温度が１００℃と８０℃に交互になるように、ヒータ２５を５０ミリ秒程度ごとにパルス加熱して、温度センサ２０Ａで温度計測して、また、そこに形成してあるヒータ２５を駆動するようにフィードバック制御するとよい。この制御は従来の公知の方法で容易に達成できる。これらの薄膜１０Ａの温度１００℃と８０℃に対応するそれぞれの薄膜１０Ｂの温度を計測する。薄膜１０Ａと薄膜１０Ｂの温度差の計測や、異なる時間での薄膜１０Ｂの温度差の計測（温度センサ２０Ｂの出力を、ピークホールド回路などを利用して計測する）によるデータを利用して周囲温度の影響を除去することができる。なお、熱伝導型センサの温度センサ２０Ｂとして、温度差のみ検出する電流検出型熱電対が好適である。 When applied to a thin film Pirani type vacuum gauge, the heater 25 is pulsed about every 50 milliseconds so that the temperature of the thin film 10A alternates between 100 ° C. and 80 ° C. using the heat conduction type sensor of the present invention. Heating is performed, temperature is measured by the temperature sensor 20A, and feedback control may be performed so as to drive the heater 25 formed there. This control can be easily achieved by a conventionally known method. The temperature of each thin film 10B corresponding to the temperature of 100 ° C. and 80 ° C. of the thin film 10A is measured. Ambient temperature using data from measurement of temperature difference between thin film 10A and thin film 10B, measurement of temperature difference between thin film 10B at different times (measurement of output of temperature sensor 20B using a peak hold circuit, etc.) Can be removed. As the temperature sensor 20B of the heat conduction type sensor, a current detection type thermocouple that detects only a temperature difference is suitable.

本発明の熱伝導型センサとこれを用いた熱伝導型計測装置は、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。 The heat conduction type sensor of the present invention and the heat conduction type measuring device using the same are not limited to the present embodiment, and naturally, various modifications can be made while the gist, operation and effect of the present invention are the same. It is possible.

本発明の熱伝導型センサは、気体や液体の流量、流速、特定物質の濃度、真空度、更に放射線や赤外線量などの物理量を、温度変化として高感度で、しかも高精度で計測するための熱型センサである。例えば、本発明の熱伝導型センサを薄膜ピラニ型真空センサに適用した場合、カンチレバ状の宙に浮いた薄膜に温度差のみを高感度で、しかも高精度で検出する、超小型の電流検出型熱電対が使用できるので、極めて広帯域、特に高真空側に測定域を延ばした真空センサとして利用できる。更に、ゼロ基準測定法により極めて微小な温度差を検出できるので、微量の特定ガスなどの濃度や微流量計測に適する。また、本発明の熱伝導型センサを搭載した熱伝導型計測装置は、制御系を含み、例えば、真空計や流速計などに好適である。   The heat conduction type sensor of the present invention is used for measuring a flow rate of gas or liquid, a flow velocity, a concentration of a specific substance, a degree of vacuum, and a physical quantity such as a radiation or an infrared ray with high sensitivity and high accuracy as a temperature change. It is a thermal sensor. For example, when the thermal conductivity sensor of the present invention is applied to a thin film Pirani type vacuum sensor, an ultra-compact current detection type that detects only a temperature difference with high sensitivity and high accuracy in a thin film suspended in a cantilever shape. Since a thermocouple can be used, it can be used as a vacuum sensor having a very wide band, in particular, a measurement area extended to the high vacuum side. Furthermore, since an extremely minute temperature difference can be detected by the zero reference measurement method, it is suitable for measuring the concentration of a minute amount of a specific gas or the like and a minute flow rate. In addition, the heat conduction type measuring device equipped with the heat conduction type sensor of the present invention includes a control system, and is suitable for, for example, a vacuum gauge or a current meter.

本発明の熱伝導型センサの一実施例を示す平面概略図である。（実施例１、実施例６、実施例９）It is a plane schematic diagram showing one example of the heat conduction type sensor of the present invention. (Example 1, Example 6, Example 9) 本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例２、実施例６、実施例９）It is a plane schematic diagram showing another example of the heat conduction type sensor of the present invention. (Example 2, Example 6, Example 9) 本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例３、実施例９）It is a plane schematic diagram showing another example of the heat conduction type sensor of the present invention. (Example 3, Example 9) 本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図の部分拡大図である。（実施例４）It is the elements on larger scale of the plane schematic which shows another Example of the heat conductive type sensor of this invention. Example 4 本発明の熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例５）It is a plane schematic diagram showing another example of the heat conduction type sensor of the present invention. (Example 5) 本発明の熱伝導型計測装置に用いる熱伝導型センサの他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例７、実施例８、実施例９）It is a schematic plan view showing another embodiment of a heat conduction type sensor used in the heat conduction type measuring device of the present invention. (Example 7, Example 8, Example 9) 本発明の熱伝導型計測装置のブロック概略図を示している。（実施例１０）The block schematic diagram of the heat conduction type measuring device of the present invention is shown. (Example 10)

符号の説明Explanation of symbols

１ 基板
１０、１０A、１０B 薄膜
１１ ＳＯＩ層
１８ 梁
２０、２０A、２０B、２０Ｃ 温度センサ
２１ ｎ型拡散領域
２２ ｐ型拡散領域
２３ ｐｎ接合ダイオード
２５ ヒータ
４０ 空洞
４１、４２ スリット
４５ 熱抵抗部
５１ シリコン酸化膜
６０ａ、６０ｂ 電極
６１ａ、６１ｂ 電極
６２ａ、６２ｂ 電極
６３ａ、６３ｂ 電極
７０ａ、７０ｂ 電極パッド
７１ａ、７１ｂ 電極パッド
７２ａ、７２ｂ 電極パッド
７３ａ、７３ｂ 電極パッド
１１０ 配線
１２０a, １２０b 熱電対導体
２１０ 感応物質
２２０ バランス膜 1 Substrate 10, 10A, 10B Thin film 11 SOI layer 18 Beam 20, 20A, 20B, 20C Temperature sensor 21 N-type diffusion region 22 P-type diffusion region 23 pn junction diode 25 Heater 40 Cavity 41, 42 Slit 45 Thermal resistance portion 51 Silicon Oxide film 60a, 60b Electrode 61a, 61b Electrode 62a, 62b Electrode 63a, 63b Electrode 70a, 70b Electrode pad 71a, 71b Electrode pad 72a, 72b Electrode pad 73a, 73b Electrode pad 110 Wiring 120a, 120b Thermocouple conductor 210 Sensitive substance 220 Balance membrane

Claims (16)

基板（１）から熱分離した薄膜（１０）が薄膜（１０Ａ）と薄膜（１０Ｂ）とに分割され、互いに熱抵抗を有するように熱抵抗部（４５）を設けた構造であり、一方の薄膜（１０Ａ）にはヒータ（２５）と温度センサ（２０Ａ）とが備えてあり、他方の薄膜（１０Ｂ）には温度センサ（２０Ｂ）が備えてある、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出する熱伝導型センサにおいて、薄膜（１０Ｂ）は、薄膜（１０Ａ）から熱抵抗（４５）を介してカンチレバ状に飛び出した構造であるか、もしくは、薄膜（１０Ｂ）は、薄膜（１０Ａ）と完全に空間的に分離した形として熱抵抗部（４５）を実現するとともに基板（１）から熱抵抗（４５）を介してカンチレバ状に飛び出した構造であること、更に、薄膜（１０Ｂ）は、加熱された薄膜（１０Ａ）から熱を受け取り加熱される構造であることを特徴とする熱伝導型センサ。 The thin film (10) thermally separated from the substrate (1) is divided into a thin film (10A) and a thin film (10B), and is provided with a thermal resistance portion (45) so as to have a thermal resistance. (10A) includes a heater (25) and a temperature sensor (20A), and the other thin film (10B) includes a temperature sensor (20B). The temperature change based on heat conduction to the surrounding medium is provided. In the heat conduction type sensor to detect, the thin film (10B) has a structure protruding from the thin film (10A) through a thermal resistance (45) in a cantilever shape, or the thin film (10B) is a thin film (10A). A structure in which the thermal resistance portion (45) is realized as a completely spatially separated shape and protrudes in a cantilever shape from the substrate (1) through the thermal resistance (45), and the thin film (10B) Heated thin film ( Heat conduction type sensor, characterized in that from 0A) is a structure that is receiving heated heat. 薄膜（１０Ｂ）は、分割された二つ以上の薄膜（１０Ｂa、１０Ｂb）から成り、それぞれの薄膜（１０Ｂa、１０Ｂb）には、少なくとも一つの温度センサ（２０Ｂa、２０Ｂb）をそれぞれ備えている請求項１記載の熱伝導型センサ。 The thin film (10B) is composed of two or more divided thin films (10Ba, 10Bb), and each thin film (10Ba, 10Bb) includes at least one temperature sensor (20Ba, 20Bb). The heat conduction type sensor according to 1. 二つ以上の薄膜（１０Ｂa、１０Ｂb）は、被測定物理量を除く物理量に対して同等になるように構成してある請求項２記載の熱伝導型センサ。 The heat conduction type sensor according to claim 2, wherein the two or more thin films (10Ba, 10Bb) are configured to be equal to a physical quantity excluding a measured physical quantity. 二つ以上の薄膜（１０Ｂa、１０Ｂb）間の温度差が、それぞれに形成してある温度センサ（２０Ｂa、２０Ｂb）を用いて測定できるように構成した請求項２または３のいずれかに記載の熱伝導型センサ。 4. The heat according to claim 2, wherein the temperature difference between the two or more thin films (10Ba, 10Bb) can be measured by using temperature sensors (20Ba, 20Bb) formed respectively. Conductive sensor. 薄膜（１０Ａ）と薄膜（１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂb）との温度差をそれぞれに形成した温度センサ（２０Ａ）と温度センサ（２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂb）とを用いて検出するようにした請求項１から４のいずれかに記載の熱伝導型センサ。 The temperature difference between the thin film (10A) and the thin film (10B, 10Ba, 10Bb) is detected by using a temperature sensor (20A) and a temperature sensor (20B, 20Ba, 20Bb) formed respectively. 5. The heat conduction type sensor according to any one of 4 above. 所定の場所を基準として、その場所と温度センサ（２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂb）が形成されている薄膜（１０Ｂ、１０Ｂa、１０Ｂb）との温度差を、温度差検出型温度センサとして動作する温度センサ（２０Ｂ、２０Ｂa、２０Ｂb）で検出するようにした請求項１から５のいずれかに記載の熱伝導型センサ。 A temperature sensor (operating as a temperature difference detection type temperature sensor) based on a temperature difference between the predetermined location and the thin film (10B, 10Ba, 10Bb) on which the temperature sensor (20B, 20Ba, 20Bb) is formed. The heat conduction type sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein detection is performed at 20B, 20Ba, 20Bb). 温度差検出型温度センサとして電流検出型熱電対とした請求項６記載の熱伝導型センサ。 The heat conduction type sensor according to claim 6, wherein the temperature difference detection type temperature sensor is a current detection type thermocouple. 請求項1から７のいずれかに記載の熱伝導型センサを備え、その熱伝導型センサの薄膜（１０Ａ）の温度を所定の温度になるように、ヒータ（２５）と温度センサ（２０Ａ）との組合せにより制御すると共に、少なくとも温度センサ（２０Ｂ）の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする熱伝導型計測装置。 A heat conduction sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein a heater (25) and a temperature sensor (20A) are provided so that the temperature of the thin film (10A) of the heat conduction sensor becomes a predetermined temperature. The heat conduction is characterized in that the physical quantity to be measured is measured by detecting the temperature change based on the heat conduction to the surrounding medium using at least the output of the temperature sensor (20B). Mold measuring device. 薄膜（１０Ａ）の温度を、少なくとも異なる所定の二つの温度になるように、周囲温度の変化が無視できる程度の短時間に制御して、薄膜（１０Ａ）の上記の異なる二つの温度での温度センサ（２０Ａ）の出力とそれぞれに対応する温度センサ（２０Ｂ）の出力を利用して、周囲温度の効果を打ち消すようにした請求項８記載の熱伝導型計測装置。 The temperature of the thin film (10A) at the two different temperatures is controlled by controlling the temperature of the thin film (10A) to be at least two different predetermined temperatures so that the change in ambient temperature is negligible. The heat conduction type measuring device according to claim 8, wherein the output of the sensor (20A) and the output of the corresponding temperature sensor (20B) are used to cancel the effect of the ambient temperature. 基板（１）から熱分離した薄膜（１０）には、ヒータ（２５）と温度センサ（２０）とが備えてあり、該温度センサ（２０）は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されてあり、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、該熱伝導型センサのヒータ（２５）を加熱するのに所定の一定の電力を供給するように制御すると共に、少なくとも温度センサ（２０）の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする熱伝導型計測装置。 The thin film (10) thermally separated from the substrate (1) is provided with a heater (25) and a temperature sensor (20), and the temperature sensor (20) is a thin film (10) and has a tip from the heater (25). Yes it is formed in cantilever shape jumping out portions of the part, with a heat conduction type sensor to detect the temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, to heat the heater (25) of the heat conduction type sensor In order to measure a physical quantity to be measured by detecting a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium using at least the output of the temperature sensor (20). A heat conduction type measuring device characterized by that. 基板（１）から熱分離した薄膜（１０）には、ヒータ（２５）と温度センサ（２０）とが備えてあり、該温度センサ（２０）は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、該熱伝導型センサのヒータ（２５）を加熱するのに所定の一定の電流を流すように制御すると共に、少なくとも温度センサ（２０）の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする熱伝導型計測装置。 The thin film (10) thermally separated from the substrate (1) is provided with a heater (25) and a temperature sensor (20), and the temperature sensor (20) is a thin film (10) and has a tip from the heater (25). It is formed in a cantilever shape in jumping out portions of the part, with a heat conduction type sensor to detect the temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, to heat the heater (25) of the heat conduction type sensor In order to measure a physical quantity to be measured by detecting a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium using at least the output of the temperature sensor (20). A heat conduction type measuring device characterized by that. 基板（１）から熱分離した薄膜（１０）には、ヒータ（２５）と温度センサ（２０）とが備えてあり、該温度センサ（２０）は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出するようにした熱伝導型センサを備え、該熱伝導型センサのヒータ（２５）を加熱するのに所定の一定の電圧を印加するように制御すると共に、少なくとも温度センサ（２０）の出力を利用して、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化を検出して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする熱伝導型計測装置。 The thin film (10) thermally separated from the substrate (1) is provided with a heater (25) and a temperature sensor (20), and the temperature sensor (20) is a thin film (10) and has a tip from the heater (25). It is formed in a cantilever shape in jumping out portions of the part, with a heat conduction type sensor to detect the temperature change based on heat conduction to the surrounding medium, to heat the heater (25) of the heat conduction type sensor In order to measure a physical quantity to be measured by detecting a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium using at least the output of the temperature sensor (20). A heat conduction type measuring device characterized by that. ヒータ（２５）に少なくとも所定の異なる二つの電圧を周囲温度の変化が無視できる程度の短時間に印加し、薄膜（１０）のこれらの異なる二つの電圧印加での温度センサ（２０）の出力を利用して、周囲温度の効果を打ち消すようにした請求項１２記載の熱伝導型計測装置。 At least two predetermined different voltages are applied to the heater (25) in such a short time that the change in ambient temperature is negligible, and the output of the temperature sensor (20) when the two different voltages are applied to the thin film (10). The heat conduction type measuring device according to claim 12, wherein the heat conduction type measuring device is used to cancel the effect of ambient temperature. 基板１から熱分離した薄膜（１０）には、ヒータ（２５）と温度センサ（２０）とが備えてあり、この温度センサ（２０）は、薄膜（１０）でヒータ（２５）より先端部のカンチレバ状に飛び出した部分に形成されており、周囲媒体への熱伝導に基づく温度変化をこの温度センサ（２０）で検出するようにした熱伝導型センサを備え、この熱伝導型センサのヒータ（２５）を、この温度センサ（２０）の温度が周囲温度に対して所定の一定温度分だけ上昇するように制御すると共に、少なくとも、そのときのヒータ（２５）に流す電流、ヒータ（２５）の印加電圧もしくはヒータ（２５）の供給電力を計測し、この計測出力を利用して被測定物理量を計測するようにしたことを特徴とする熱伝導型計測装置。 The thin film (10) thermally separated from the substrate 1 is provided with a heater (25) and a temperature sensor (20), and this temperature sensor (20) is a thin film (10), which is closer to the tip than the heater (25) . It is formed in a portion protruding like a cantilever, and includes a heat conduction type sensor that detects a temperature change based on heat conduction to the surrounding medium by this temperature sensor (20), and a heater ( 25) is controlled so that the temperature of the temperature sensor (20) rises by a predetermined constant temperature with respect to the ambient temperature, and at least the current flowing through the heater (25) at that time, the heater (25) A heat conduction type measuring apparatus characterized in that an applied voltage or power supplied to a heater (25) is measured and a physical quantity to be measured is measured using the measured output. ヒータ（２５）として半導体ダイオードを用いた請求項８から１４のいずれかに記載の熱伝導型計測装置。 The heat conduction type measuring device according to any one of claims 8 to 14, wherein a semiconductor diode is used as the heater (25). 少なくとも電源回路、演算回路および制御回路を備えた請求項８から１５のいずれかに記載の熱伝導型計測装置。 The heat conduction type measuring apparatus according to claim 8, comprising at least a power supply circuit, an arithmetic circuit, and a control circuit.
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